Valorización de residuos orgánicos en la agricultura y suelos

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Continuando con la serie de artículos relacionados con la valorización de la materia orgánica, a continuación les presentamos el último artículo escrito por Johanna Gamboa. Estos artículos reflejan nuestro compromiso con la difusión del conocimiento y la mejora continua. Esperamos sus comentarios.

¿Cuáles técnicas aprovechan los residuos orgánicos para conservar los suelos y disminuir el consumo de fertilizantes minerales?

El aumento de la población mundial y las prácticas insostenibles para suplir sus necesidades ha venido ejerciendo una gran presión sobre los recursos naturales. El uso intensivo de los suelos ante la alta demanda de alimentos conlleva a su degradación y pérdida de capacidad productiva, pérdida de biodiversidad y reducción de la capacidad de almacenamiento de carbono (FAO 2018).Además, de la contaminación producida en ecosistemas acuáticos por el uso excesivo de fertilizantes y plaguicidas inorgánicos en cultivos.
Por otro lado, el aumento de la población también ha provocado una mayor generación de residuos que suelen ser eliminados sin aprovechar sus características y causando impactos negativos en el ambiente.
Esta problemática ha planteado la necesidad de generar e implementar prácticas agrícolas sostenibles, a través del uso de materiales y técnicas menos contaminantes que traigan consigo beneficios ambientales. Dentro de las prácticas sostenibles se encuentra el uso de residuos orgánicos (residuos de alimentos, agrícolas, forestales, agroindustriales, ganaderos, malezas acuáticas, lodos de plantas de tratamiento de aguas, entre otros) como fuentes de materia orgánica y nutrientes para los suelos y cultivos que contribuyan a mejorar sus propiedades fisicoquímicas y biológicas y que además permita la valorización de estos residuos y una disposición final adecuada. No obstante, muchos de estos materiales no son totalmente aptos para ser aplicados de manera directa al suelo porque pueden llegar a afectarlo negativamente, al generar malos olores, atraer insectos, contener patógenos, metales pesados y salinidad, debiendo ser estabilizados e higienizados antes de su aplicación (García 2008). Por este motivo se han realizado varias investigaciones en campo a largo plazo con el objetivo de identificar los beneficios y riesgos que genera la aplicación de determinados residuos orgánicos en suelos. En este aspecto, las técnicas disponibles que aprovechan estos residuos para el mejoramiento de suelos y la producción de cultivos son:
-Compostaje: Es la técnica más usada a nivel mundial por su simplicidad técnica y rentabilidad. Promueve la descomposición biológica, estabilización e higienización de la materia orgánica por medio de microorganismos aeróbicos.
El compost puede ser aplicado dependiendo de su calidad como abono orgánico, enmienda orgánica o componente de sustrato de cultivo, lo cual varía en función de los tipos de residuos orgánicos de partida y del proceso de compostaje. Este material en general aporta nutrientes al suelo, microorganismos benéficos, mejora la retención de agua y el intercambio catiónico. (Jara 2016).
-Digestión Anaerobia: Proceso en el cual la materia orgánica se degrada en ausencia de oxígeno produciendo biogás aprovechado para la generación de energía y un residuo orgánico digerido o digestato que por sus altos contenidos en nutrientes puede ser aplicado como fertilizante en suelos agrícolas (Reyes 2017).
Enmienda orgánica: La enmienda orgánica es el material que procede de materiales carbonados de origen animal o vegetal, y que suministra menos nutrientes a comparación del compost. Su función principal es el aporte de materia orgánica al suelo que mejore sus propiedades fisicoquímicas y biológicas. Útil para la restauración de suelos degradados, erosionados o contaminados, para la estabilización de taludes y restauración paisajística (Jara 2016).
El efecto del uso de residuos orgánicos para mejorar suelos degradados y mejorar la producción de cultivos ha sido tema de muchas investigaciones, debido a que el tipo de residuo orgánico agregado puede afectar la composición de la materia orgánica del suelo y con esto los beneficios ambientales como el secuestro de carbono y la liberación de nutrientes (Peltre et al. 2017).Algunos de los estudios que han evaluado en suelos los productos de las tres anteriores técnicas son:

Experimento de campo en Dinamarca (Peltre et al, 2017)

En este experimento se analizó el suelo al que se le añadió por 12 años compost de residuos domésticos, estiércol de ganado y lodos de aguas residuales y se comparó con un tratamiento control con fertilización NPK. Se encontraron cambios significativos en el contenido de C y N trás 12 años de aplicación anual de los mencionados residuos en comparación con el tratamiento control. La eficiencia en la estabilización de la materia orgánica y los aumentos de C en el suelo fueron diferentes para cada residuo. El compost tuvo la mayor eficiencia en el aumento de C en el suelo que el estiércol, el cual tuvo la eficiencia más baja, lo que se relacionó con la estabilidad biológica de los residuos, menor en el caso del estiércol. Igualmente, otros experimentos de campo en Suecia (kätterer et al., 2014) y Francia (Peltre et al., 2012) encontraron mayor eficiencia de los materiales compostados que el estiércol en el aumento del C del suelo. En cuanto a los lodos de aguas residuales, la eficiencia en el aumento de C del suelo varió dependiendo su composición bioquímica y el contenido de metales pesados ya que pueden inhibir la actividad microbiana.

Experimento de campo en el centro de suecia (Odlare et al., 2011)

En este experimento de campo de 8 años realizado en el centro de Suecia, se comparó el compost y residuos de biogás, producidos con residuos orgánicos domésticos separados en la fuente frente a los fertilizantes minerales tradicionales. El rendimiento de los cultivos y las propiedades químicas y microbiológicas del suelo fueron las variables respuesta de los tratamientos. Los resultados mostraron que luego de agregar estos materiales en el suelo, no se detectaron efectos negativos, la comunidad bacteriana pareció resistir los cambios causados y varias propiedades microbiológicas importantes como la respiración inducida por el sustrato, la oxidación potencial de amonio y la mineralización del nitrógeno fueron mejoradas.
En cuanto al rendimiento de cultivos, el compost no cumplió los requisitos de N de las plantas agrícolas, sin embargo, los residuos de biogás produjeron un rendimiento casi tan alto como el fertilizante mineral (88% del rendimiento del fertilizantes mineral).
Se concluyó que el compost producido funciona mejor como acondicionante del suelo al proporcionar carbono orgánico que beneficia su estructura y microbiología. Por su parte, los residuos de biogás presentan el potencial de reemplazar a otros fertilizantes en la agricultura respecto a los rendimientos de cultivos y la calidad del suelo, teniendo en cuenta que el efecto de la fertilización orgánica puede retrasarse por contener menos nitrógeno disponible inmediato para las plantas que la fertilización mineral (Odlare et al., 2011).

Meta-análisis de 690 experimentos de enmiendas orgánicas (Luo et al., 2018)

Un meta-análisis de 690 experimentos que comparaba el rendimiento de las enmiendas orgánicas (paja, residuos sólidos, compost, abono verde y estiércol de granja) y la fertilización mineral en cuanto al rendimiento de cultivos (arroz, trigo, mijo, maíz y cebada), carbono orgánico del suelo (SOC), el contenido de nitrógeno total, la dinámica de nutrientes del suelo y sus propiedades biológicas, encontró que las enmiendas orgánicas aumentaron en un 27% en promedio los rendimientos de cultivo, en 38% la cantidad de carbono orgánico del suelo, en 20% el nitrógeno total, en 51% el carbono de biomasa microbiana, en 24% el nitrógeno de la biomasa microbiana y aumentaron la actividad de la enzima microbiana del suelo. Estos promedios fueron consistentes con la mayoría de enmiendas orgánicas en los sistemas de cultivo en diversas regiones del mundo, con lo que se concluyó que las enmiendas orgánicas pueden mejorar el funcionamiento del ecosistema del suelo mediado por microorganismos, la fertilidad del suelo a largo plazo y la productividad de los cultivos, en relación con la fertilización mineral, a escala global.
-Biochars: El biochar es un carbón vegetal que procede de residuos orgánicos pirolizados. Este material ha despertado interés agrícola como enmienda del suelo por mejorar algunas de sus propiedades fisicoquímicas como el contenido de carbono, capacidad de retención hídrica y liberación lenta de nutriente. Afecta los ciclos de nutrientes del suelo C y N, incrementa el secuestro de carbono, reduce las emisiones de gases de efecto invernadero (N2O Y CO2), incrementa la actividad biológica y evita la lixiviación de nutrientes (Tortosa 2015).
Un estudio que evidencia estos beneficios (Randolph et al., 2017) evaluó el efecto en la calidad del suelo de biochars producidos con residuos municipales (periódico, cartón, astillas de madera y residuos de jardinería) tanto en forma individual como mezclados y con diferentes tiempos y temperaturas de pirolisis. Se concluyó que el tipo de materia prima y las condiciones de pirolisis afectan altamente las propiedades fisicoquímicas de los biochars y que dependiendo de los requerimientos del suelo es posible que se requieran mezclas de biochars de diferentes síntesis que suplan varias deficiencias simultáneamente.
-Mulching o acolchado: Esta técnica busca mejora las condiciones de los suelos y rendimiento de cultivos por medio del recubrimiento del suelo.
En general la implementación de esta técnica reduce la evaporación, conserva la humedad, evita el crecimiento de malezas, controla la estructura y temperatura del suelo que influye en la microbiología y la dinámica de la materia orgánica.
La elección del tipo de acolchado depende del clima, los requerimientos del suelo y cultivo, la disponibilidad, la durabilidad y el costo de los materiales a utilizar. Entre otros, los materiales usados abarcan:
1) materiales orgánicos como los residuos agrícolas (paja, tallos), agroindustriales (cáscaras de arroz), residuos de madera (aserrín), siendo los más populares de aplicación la paja y el pasto.
2) materiales mixtos que consiste en la aplicación simultánea de capas de materiales orgánicos e inorgánicos., así como plásticos biodegradables y fotodegradables.
Un estudio de revisión bibliográfica de 189 artículos de investigación que describen los efectos de diferentes materiales y métodos de acolchado en el suelo (Kader et al., 2017), demuestra que el tipo de material usado, los métodos de aplicación del acolchado (plano-tradicional, con orificios, en cresta, completo en en surco y cresta), el color y el grosor de los pueden generar distintos efectos en el suelo.
En el estudio se observa que los materiales de plástico o inorgánicos presentan ciertas ventajas a corto plazo frente a los orgánicos como un mejor control de malezas, mayor efectividad para reducir la evaporación del suelo, y mayor eficiencia del uso del agua en los cultivos produciendo mayores rendimientos; sin embargo, a largo plazo las desventajas corresponde a la gran generación de residuos no degradables que podrían ser gestionados inadecuadamente , el alto costo de instalación y eliminación de dichos materiales y la disminución de la materia orgánica del suelo. Por el contrario, los acolchados orgánicos suministran nutrientes al suelo tras su descomposición y son mucho más económicos, convirtiéndolos en alternativas sostenibles con el ambiente y más asequibles que los recientes plásticos degradables basados en biopolímeros cuyo principal inconveniente es su alto costo
En síntesis, diversas investigaciones han evidenciado los grandes beneficios que ofrecen todas estas técnicas en el marco de la protección y restauración de suelos, que además responden a la problemática del cambio climático favoreciendo el secuestro de carbono y la gestión adecuada de residuos orgánicos mediante su valorización. No obstante las investigaciones actuales siguen estudiando los efectos de la aplicación de residuos orgánicos en suelos con el fin de optimizar estas técnicas y reducir los riesgos y limitantes que presenten.
. Una vez que comienza a burbujear se retira del calor y se aplica un poco de presión sobre el cubreobjetos con el objetivo de retirar todas las burbujas de aire. Finalmente, se deja secar el Naphrax para comenzar el recuento e identificación.
Cabe destacar que durante todo este proceso se deben utilizar materiales independientes para cada una de las muestras con el objetivo de evitar contaminaciones cruzadas entre muestras.

Bibliografía

García, C. (2008).Enmiendas orgánicas para suelos basadas en residuos orgánicos. Academia de Ciencias de la Región de Murcia.
Tortosa, G (2015). Compostando ciencia. ¿Qué es el biochar?.[En línea].Consultado el 6 de Diciembre de 2018. Disponible en: www.compostandociencia.com/2015/01/que-es-el-biochar/ .
Jara Samaniego, Lourdes Janneth (2016). Oportunidades de valorización mediante compostaje de los residuos orgánicos de origen urbano y afines en Ecuador: Propuesta de Gestión para la provincia de Chimborazo. Tesis doctoral. Universidad Miguel Hernández de Elche.
Kader, M. A., Senge, M., Mojid, M. A., & Ito, K. (2017). Recent advances in mulching materials and methods for modifying soil environment. Soil and Tillage Research, 168, 155–166. Doi:10.1016/j.still.2017.01.001
Kätterer, T., Börjesson, G., & Kirchmann, H. (2014). Changes in organic carbon in topsoil and subsoil and microbial community composition caused by repeated additions of organic amendments and N fertilisation in a long-term field experiment in Sweden. Agriculture, Ecosystems & Environment, 189, 110–118. doi:10.1016/j.agee.2014.03.025
Luo, G., Li, L., Friman, V.-P., Guo, J., Guo, S., Shen, Q., & Ling, N. (2018). Organic amendments increase crop yields by improving microbe-mediated soil functioning of agroecosystems: A meta-analysis. Soil Biology and Biochemistry, 124, 105–115. doi:10.1016/j.soilbio.2018.06.002
Odlare, M., Arthurson, V., Pell, M., Svensson, K., Nehrenheim, E., & Abubaker, J. (2011). Land application of organic waste – Effects on the soil ecosystem. Applied Energy, 88(6),2210–2218. Doi:10.1016/j.apenergy.2010.12.043
Peltre, C., Christensen, B. T., Dragon, S., Icard, C., Kätterer, T., & Houot, S. (2012). RothC simulation of carbon accumulation in soil after repeated application of widely different organic amendments. Soil Biology and Biochemistry, 52, 49–60. doi:10.1016/j.soilbio.2012.03.023
Peltre, C., Gregorich, E. G., Bruun, S., Jensen, L. S., & Magid, J. (2017). Repeated application of organic waste affects soil organic matter composition: Evidence from thermal analysis, FTIR-PAS, amino sugars and lignin biomarkers. Soil Biology and Biochemistry, 104, 117–127. doi:10.1016/j.soilbio.2016.10.016
Portal de suelos de la FAO (2018). Secuestro de carbono en el suelo. [En línea].Consultado el 6 de Diciembre de 2018. Disponible en: www.fao.org/soils-portal/soilmanagement/secuestro-de-carbono-en-el-suelo/es/
Randolph, P., Bansode, R. R., Hassan, O. A., Rehrah, D., Ravella, R., Reddy, M. R.,Ahmedna, M. (2017). Effect of biochars produced from solid organic municipal waste on soil quality parameters. Journal of Environmental Management, 192, 271–280. Doi:10.1016/j.jenvman.2017.01.061
Reyes, E. (2017). Generación de biogás mediante el proceso de digestión anaerobia, a partir del aprovechamiento de sustratos orgánicos. Revista Científica de FAREM-Estelí. Medio ambiente, tecnología y desarrollo humano. Año 6 , No.24.

Autor: Johanna Gamboa

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