INTRODUCCIÓN

La intensificación de la producción ganadera aumenta la generación de estiércol, lo cual origina una gran cantidad de nutrientes desechados que se concentran en áreas específicas dentro de la unidad productiva (^{Pinos et al. 2012}). Esto puede causar graves problemas ambientales como translocación de microorganismos patógenos y semillas de maleza, sales inorgánicas e incluso trazas de metales pesados (^{Lazcano et al. 2008}). Igualmente, pueden causar un impacto negativo en el ambiente como malos olores, emisiones de gases y contaminación de suelo y agua (^{Bernal et al. 2009}). En México, la regulación y vigilancia gubernamental sobre el uso y manejo del estiércol animal es escasa y confusa, y carece de especificaciones claras (^{Pinos et al. 2012}). Esto ha propiciado un abuso en las descargas de desechos en cuerpos de agua y suelos de cultivo. El compostaje es el método más adecuado en el tratamiento eficaz de desechos orgánicos para obtener un producto higiénicamente seguro y económicamente rentable (^{Kulcu y Yaldiz 2007}, ^{Szabová et al. 2010}). El nitrógeno (N) disponible para las plantas a partir de estiércoles es altamente dependiente de la composición de los mismos (^{Li y Li 2014}), y la calidad del estiércol varía en relación con el tipo de animal, su edad, dieta y sistema de manejo (^{Chadwick et al. 2000}). ^{Azzez y van Averbeke (2010)} mencionaron que las relaciones carbono/nitrógeno (C/N), carbono/fósforo (C/P) y nitrógeno/fósforo (N/P) en los estiércoles de diferentes especies animales son reflejo de diferentes prácticas de manejo, patrones de alimentación de los animales y composición de los forrajes en el caso de los rumiantes. La conservación de nutrientes en el producto final de un proceso de compostaje es importante para no afectar su valor agronómico y su potencial como abono orgánico

Los factores involucrados en el proceso de compostaje como aireación, relación inicial C/N y contenido de humedad influyen en el contenido de nutrientes, madurez y estabilidad del compost (^{Guo et al. 2012}). La excesiva aireación puede incrementar pérdidas de amoniaco (NH3) y conducir a un proceso más lento; una relación inicial C/N baja puede incrementar pérdidas de N como gas amoniaco y el contenido de humedad puede afectar la calidad del compost aunque no significativamente (^{Guo et al. 2012}). ^{Parkinson et al. (2004)} sugirieron reducir los volteos de tres a uno a las pilas de compost durante todo el proceso, para reducir las pérdidas de nutrientes con estiércol bovino. El objetivo de este trabajo fue comparar dos métodos de ventilación, uno manual con pala y otro con tubos perforados de policloruro de vinilo, en la composición química de cuatro compost elaborados con estiércol pecuario.

MATERIALES Y MÉTODOS

El proceso de compostaje se realizó de noviembre de 2014 a enero de 2015 en el Rancho “El Salitre” del Centro Universitario UAEM-Temascaltepec, ubicado en el municipio de San Simón de Guerrero en la región subtropical del sureste del Estado de México, a 100º 6' 27'' O, 19º 2'8'' N y 1800 msnm. El clima es templado subhúmedo con lluvias en verano (Cw) (^{INEGI 2009}). Los sustratos orgánicos utilizados para la elaboración de los compost fueron estiércoles bovino, caprino y ovino mezclados con residuos de paja de maíz, y estiércol equino mezclado con residuos de paja de avena. Los estiércoles se recolectaron en el piso de los corrales techados, donde se habían acumulado por dos meses. La alimentación diaria de los bovinos fue forraje verde de maíz a libre acceso y 2 kg de suplemento alimenticio a base de soya, maíz molido, sorgo y sales minerales (MULTISAL; contenido en 1000 g: Cu, 600 mg; Fe, 1920 mg; Mn, 2066.46 mg; Co, 6 mg; I 19.84, mg; Zn, 3000.24 mg; Se, 12 mg; P, 59220 mg; Mg, 2000.32 mg; Ca, 281 mg; Na, 703.20 mg, y K, 2439 mg). La alimentación de los caprinos y los ovinos se basó en pastoreo diario en gramíneas y arbustos nativos, además de un suplemento de 250 g/día/animal a base de rastrojo de maíz, sorgo molido, maíz molido, pasta de soya y sales minerales (MULTISAL). La alimentación de los equinos consistió en avena henificada y agua a libre acceso.

En cada tipo de estiércol mezclado se realizó un experimento de compostaje utilizando dos métodos de ventilación: uno manual con pala (Vm), y otro con tubos perforados de policloruro de vinilo (Vt). En cada experimento (Exp.) se utilizó un diseño completamente aleatorizado. Los tratamientos fueron los siguientes: Exp. 1: compost estiércol bovino (CBo + Vm, CBo + Vt); Exp. 2: compost estiércol caprino (CCa + Vm, CCa + Vt); Exp. 3: compost estiércol equino (CEq + Vm, CEq + Vt) y Exp. 4: compost estiércol ovino (COv + Vm, COv + Vt), cada experimento tuvo tres repeticiones (pilas). La Vm consistió en voltear las pilas los días 15 y 30 posteriores al inicio del compostaje (^{El Kader et al. 2007}) con una pala de excavación para jardín Trupper (33.5 × 26.2 × 103 cm). La Vt consistió en colocar horizontalmente dos tubos de policloruro de vinilo de 1 m de largo y 10 cm de diámetro en el interior de cada pila. A cada tubo se le realizaron tres perforaciones de 10 cm de diámetro separadas 15 cm entre sí, utilizando para ello un cuchillo caliente de acero. En cada extremo del tubo se dejó un margen de 20 cm. Antes de formar las pilas de sustrato mezclado en el experimento, se tomaron al azar dos muestras de 1 kg, las cuales se colocaron en bolsas de nylon previamente etiquetadas, se depositaron en cajas térmicas con bolsas de gel congeladas y se enviaron inmediatamente al laboratorio para su análisis químico. El cuadro I muestra el análisis químico de los estiércoles mezclados. En cada experimento los estiércoles se pesaron y humedecieron a un 60 % con agua potable (analizador de humedad para suelo Keyway), excepto el estiércol bovino que contenía humedad mayor a 80 %; posteriormente se formaron seis pilas cónicas. Las pilas de los Exps. 1 y 4 pesaron 100 kg y midieron 0.8 m de alto × 1 m de diámetro en la base. En el Exp. 2 las pilas tuvieron un peso de 50 kg y sus medidas fueron de 0.6 m de alto × 0.8 m de diámetro en la base. En el Exp. 3 se formaron pilas de 50 kg con las mismas medidas que los Exps. 1 y 4, debido a la menor densidad del estiércol equino (báscula línea industrial, Nuevo León). En todos los experimentos las pilas se acomodaron al aire libre bajo la sombra de árboles de pino (Pinus sp.) sobre una película plástica de nylon.

Durante el proceso de compostaje, la humedad del sustrato se mantuvo al 60 % en las pilas de los cuatro experimentos agregando agua potable. Asimismo, se midió la temperatura del sustrato en tres sitios seleccionados al azar dos veces por semana durante las primeras tres semanas y una vez en las restantes, utilizando un termómetro de carátula para compost TFA.

Posteriormente se tomaron al azar tres submuestras de cada pila a una profundidad de 10 cm, obteniendo dos muestras compuestas de 1 kg por tratamiento (i.e., cuatro muestras/experimento), las cuales se manejaron de manera similar a las muestras de los estiércoles y se enviaron al laboratorio para su análisis. Las variables analizadas en los estiércoles y compost fueron: potencial de hidrogeno (pH) por lectura potenciométrica en solución 1:5 de agua destilada/muestra (HANNA Instruments 8521); conductividad eléctrica (CE) (dS/m) con conductímetro DR-3900 PerkinElmer (relación 1:5); materia orgánica (MO) (%) por calcinación en mufla; carbono orgánico (C) (%) mediante la ecuación C = % MO/1.724; nitrógeno total (N) (%) por el método MicroKjeldahl titulométrico; relación carbono/nitrógeno (C/N) por medio de la ecuación C/N = % C/% N; fosfatos (PO₄) (mg/kg) por el método Morgan colorimétrico; boro (B) (mg/kg) por el método Azomethine-H colorimétrico (espectrómetro ultravioleta/visible Cary 50); sulfatos (SO₄) (mg/kg) por el método turbidimétrico; potasio (K), magnesio (Mg), sodio (Na), calcio (Ca), hierro (Fe), zinc (Zn), cobre (Cu) y manganeso (Mn) (mg/kg) por absorción atómica LCH (digestión) (Analyst 400 Spectrometer PerkinElmer). Las características químicas de los estiércoles y los productos se analizaron según la norma mexicana NMX-FF-109-SCFI-2008 (^{SEECO 2008}) en en laboratorio Phytomonitor por duplicado. Las normas mexicanas NTEA-006-SMA-RS-2006 (^{SMA 2006}) y NADF-020-AMBT-2011 (^{SEDEMA 2012}) se tomaron como referencia para comparar la calidad de los productos obtenidos.

Para cada experimento se utilizó un diseño completamente aleatorizado, con tres repeticiones por tratamiento. En todas las variables de composición química se realizó un análisis de varianza (ANDEVA) de un factor. La temperatura se analizó utilizando ANDEVA con medias repetidas a través del tiempo. Se usaron el comando del modelo general lineal (GLM, por sus siglas en inglés) del programa Minitab para Windows 12.21 y la comparación de medias a través de la prueba de Tukey (p < 0.05).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Comportamiento de la temperatura durante el compostaje

Los patrones de temperatura muestran la actividad microbiana y la aparición de los procesos del compostaje (^{Bernal et al. 2009}). Según ^{Insam y de Bertoldi (2007)} la fase termófila ocurre cuando la temperatura del sustrato se encuentra entre 35 y 65 ºC; cuando la temperatura varía de 30 a 45 ºC se presentan una alta tasa de biodegradación y la máxima diversidad microbiana. La figura 1 muestra la temperatura promedio de cada experimento durante el proceso de compostaje.

Fig. 1 Comportamiento de la temperatura durante los días (D) del proceso de compostaje en los experimentos: (a) CBo + Vm (compost bovino con ventilación manual) y CBo + Vt (compost bovino ventilado con tubos perforados); (b) CCa + Vm (compost caprino con ventilación manual) y CCa + Vt (compost caprino ventilado con tubos perforados); (c) CEq + Vm (compost equino con ventilación manual) y CEq + Vt (compost equino ventilado con tubos perforados), y (d) COv + Vm (compost ovino con ventilación manual) y COv + Vt (compost ovino ventilado con tubos perforados) 

En los experimentos, la temperatura presentó diferencias altamente significativas entre los tratamientos (p = 0.000), la edad del compost (días) (p = 0.000) y la interacción (p ≤ 0.01). En el Exp 1, el proceso CBo + Vt presentó 2.0 ºC menos de temperatura que CBo + Vm, lo cual indica que los tubos perforados removieron el calor producido por la actividad microbiana. La temperatura en CBo + Vm no se incrementó en los primeros 12 días, lo cual pudo deberse al exceso de humedad inicial del estiércol bovino. Sin embargo, se observó un incremento de temperatura después de los 13 días debido a la disminución de la humedad del sustrato, lo que fomentó la actividad microbiana; no obstante, no alcanzó la fase termófila. El exceso de humedad satura los poros e impide el intercambio gaseoso, por lo que puede conducir a un proceso anaeróbico (^{Diaz y Savage 2007}). Durante el compostaje se evapora gran cantidad de agua y el contenido de humedad disminuye (^{Bernal et al. 2009}). En el Exp 2, el proceso CCa + Vm presentó 3.8 ºC más de temperatura que CCa + Vt, los cuales iniciaron la fase termófila siete días después de iniciado el proceso (Fig. 1b), al alcanzar la mayor temperatura: 53.6 ºC y 42.1 ºC, respectivamente. Las altas temperaturas durante el compostaje indican biodegradación activa de la materia orgánica (MO). Con el agotamiento gradual de esta última, la temperatura disminuye y la MO entra en la fase de curación (^{Luo et al. 2014}). En este trabajo, la temperatura se consideró como uno de los indicadores finales del proceso; se estabilizó en 20 ºC a los 45 días, valor cercano a la temperatura media ambiental. También se consideraron la reducción de la relación C/N y cambios perceptibles como textura, color y eliminación de mal olor (^{Mirabelli 2008}). En el Exp 3, los tratamientos CEq + Vm y CEq + Vt no mostraron la fase termófila. El proceso CEq + Vm alcanzó 3.8 ºC más de temperatura que CEq + Vt. En CEq + Vt la temperatura fue decreciente durante todo el proceso (Fig. 1c). En el Exp 4, COv + Vm alcanzó mayor temperatura (40.4 ºC ) el día 13, como resultado de una mayor actividad microbiológica, y posteriormente mostró una disminución gradual (Fig. 1d). ^{Guo et al. (2012)} reportaron que la tasa de aireación en el compostaje de heces de cerdo con paja de maíz tuvo diferencias significativas en los cambios de temperatura (p = 0.023). COv + Vt no alcanzó la fase termófila pero se observó actividad microbiológica por el incremento de temperatura durante los días cuatro y 10 (Fig. 1d). En los experimentos se observó que medir la temperatura solamente dos veces por semana durante las primeras semanas del compostaje limitó el análisis y pudo ser un factor para la falta de identificación de la fase termófila en los Exp 1 y Exp 3. En general los productos con Vt presentaron menor temperatura a través del tiempo, lo cual se atribuyó principalmente a la oxigenación constante del sustrato debido al efecto de los tubos perforados, los cuales removían el calor producido por la actividad microbiana.

CONCLUSIONES

Los CBo, CCa, y COv no mostraron variación en las características químicas por efecto del método de ventilación. En el CEq el método de ventilación con tubos perforados de policloruro de vinilo favoreció la reducción de la relación C/N, indicando que el espacio de aire libre en los tubos es funcional para la degradación de la materia orgánica, ya que fomenta mayor mineralización de los compuestos; sin embargo, cuando el estiércol equino se encuentre mezclado con paja de avena, la relación C/N deberá balancearse adecuadamente en la mezcla inicial del sustrato adicionando desechos nitrogenados, lo cual dependerá de los contenidos iniciales del estiércol y de la paja de avena.