Caracterización de nueve compostajes a base de residuos vegetales y pecuarios del Valle de Condebamba en los Andes del Norte Peruano

Manuel Paredes Arana, José Mantilla Guerra, David Vilca Bardales y Luis Vallejos Fernández

Universidad Nacional de Cajamarca, Av. Atahualpa 1050 Cajamarca. Perú
mparedes@unc.edu.pe

Resumen

Los valles andinos del Perú se comunican con ciertas dificultades con la región costera a través de carreteras de penetración; estos valles son fuentes de productos alimenticios orgánicos, por lo que el buen uso de los recursos obtenidos en la misma zona puede fortalecer la agricultura de los Andes peruanos. Por ello, la investigación evaluó la calidad de nueve compostajes producidos en el valle Condebamba a partir de gallinaza (G), estiércol bovino (EV) y cuyinaza (C), en mezcla con rastrojo de maíz (RM), viruta de madera (V) y bagazo de caña de azúcar (BC), e inoculado con microorganismos eficientes. La investigación se llevó a cabo durante 70 días. Las pilas de compostaje se distribuyeron según el diseño completamente al azar con cuatro repeticiones, donde los tratamientos fueron: G-RM, G-V, G-BC, EV-RM, EV-V, EV-BC, C-RM, C-V, C-BC. El mayor contenido de materia orgánica y nitrógeno se observó en los compostajes con gallinaza y cuyinaza (G-RM, G-VC, G-BC, C-RM, C-VC y C-BC). Los valores de conductividad eléctrica y pH indican el alto contenido de sales en los nueve compostajes producidos; sin embargo, todos los compostajes están libres de Salmonellas y aptos para cultivos como alfalfa destinada a la alimentación de cuyes.

Palabras clave: abono orgánico, cuyinaza, gallinaza, estiércol de vacuno

Characterization of nine composts based on vegetative and livestock residues in the Condebamba Valley in the Peruvian Northern Andes

Abstract

The Andean valleys of Peru communicate with certain difficulties with the coastal region through penetration roads; these valleys are sources of organic food products, so the optimal use of resources obtained in the same place can strengthen the agriculture of the Peruvian Andes. This research evaluated the quality of nine composts produced in the Condebamba valley from poultry manure (G), cattle manure (EV) and guinea pig manure (C), in mixtures with maize residues (RM), wood shavings (V) and sugarcane bagasse (BC), and inoculated with efficient microorganisms. The investigation was carried out for 70 days. Composting piles were distributed according to completely randomized design with nine treatments with four replicates where treatments were: G-RM, G-V, G-BC, EV-RM, EV-V, EV-BC, C-RM, C-V and C-BC. The highest content of organic matter and nitrogen were observed in composts with poultry manure and guinea pig manure (G-RM, G-VC, G-BC, C-RM, C-VC and C-BC). The values ​​of electrical conductivity and pH indicate the high content of salts in the nine composts; the composts free of Salmonellas and suitable for crops such as alfalfa intended for the feeding of guinea pigs.

Key words: organic fertilizer, guinea pig manure, hen manure, cattle manure

Introducción

La provincia de Cajabamba es uno de los principales productores de cuyes de la región Cajamarca que ocupa el primer lugar con 18.97% de la población cuyícola nacional (INEI, 2013). En esta provincia, se encuentra el valle Condebamba entre los 1200 a 2320 msnm, a orillas de la margen derecha de los ríos Cajamarquino y Crisnejas e izquierda del río Marañón (Pajares 2010). El poblador campesino combina diversas actividades agropecuarias; cría 4 a 5 vacas, que en total producen entre 25 y 35 litros de leche al día. En la crianza de cuyes, cada productor cuenta con 500 a 2000 animales para lo cual tiene establecido 0.5 a 1 hectárea de alfalfa; también desarrollan los cultivos de palta, cítricos, maíz, frijol, papa, camote, caña de azúcar y la actividad forestal (CEDEPAS 2016).

En este valle andino, los cultivos son fertilizados con el estiércol vacuno, cuyinaza, algunos productos químicos y en los últimos años se viene utilizando gallinaza transportada de granjas avícolas ubicadas en la costa peruana, que aplicada al cultivo de alfalfa luego de cada cosecha conlleva a la ingesta de alimento contaminado con Salmonella entérica que provoca alta mortalidad en cuyes (Marcelo et al 2017). Además, este desecho de la producción aviar constituye una fuente para la emergencia de cepas de Salmonella resistentes a antibióticos (Huamán et al 2020), y afecta seriamente el rendimiento productivo de los cuyes causando alta mortalidad y menor retribución económica (Bazán et al 2019). La gallinaza es una mezcla de excretas, material de cama, desperdicios de alimento y plumas que aplicada sin tratamiento a los cultivos causa problemas sanitarios y ambientales (Alvarez et al 2019); sin embargo, el compostaje controla la propagación de patógenos en la fase termófila del proceso, por el calor generado, destruyendo bacterias y contaminantes de origen fecal como Eschericha coli y Salmonella spp (Castro et al 2019; Román et al 2013), con mayor eficiencia cuando el compostaje es inoculado con microorganismos eficientes que prolongan la etapa termófila del compostaje (Wan et al 2020) y aumentan la actividad enzimática de celulasas, peroxidasas, sulfatasas y ureasas (Chuang et al 2019).

El compostaje se utiliza cada vez más como una alternativa a los fertilizantes químicos en la producción agrícola (Drake et al 2018). El compostaje optimiza el rendimiento orgánico del cultivo, mantiene la fertilidad del suelo (Diacono y Montemurro, 2019), es una enmienda orgánica (Hose et al 2016; Castán et al 2016), minimiza la producción de sustancias fitotóxicas, mejora el almacenamiento y reduce olores desagradables (Tiquia y Tam 2000). En comparación con el uso directo de los residuos pecuarios en los cultivos, el compostaje evita la propagación de malas hierbas (Vásquez y Loli 2018). La producción de compostaje se  realiza con la inclusión de residuos de origen vegetal por el alto contenido en materia orgánica y una elevada relación C/N, lo que facilita una correcta formulación del compostaje (Ramos y Terry 2014), existiendo diversos materiales agroindustriales en el valle Condebamba, como rastrojos de maíz, bagazo de caña de azúcar, materiales de poda, desechos de plantas frutales, viruta, entre otros materiales; los que influyen en la calidad del compostaje debido a sus diferentes tasas de lignocelulosa y azúcares fermentables, que generan la formación de colonias microbianas durante el tiempo de curado, dando como resultado la producción de compostaje con diferentes características físicas, químicas y microbiológicas, siendo algunos compostaje supresores de ciertos patógenos pero ineficaces para otros (De Corato et al 2016). Dentro de los residuos pecuarios disponibles en el valle Condebamba se tiene el estiércol del vacuno y la cuyinaza que contiene material de cama, estiércol, orina y forraje no ingerido del cuy, que no se deben aplicar en estado fresco al pasto luego de cada corte, por que generan problemas sanitarios, habiéndose determinado que Salmonella serovar Typhimurium se transmite a la planta, a partir del estiércol contaminado (Rodríguez et al 2008).

El compostaje debe producirse de acuerdo a las exigencias de cada cultivo y el conocimiento de las propiedades de este bioabono debería ser empleado para la selección de los materiales adecuados (Barbaro et al 2019). En ese sentido se determinó las propiedades del compostaje elaborado con diferentes materias primas de origen vegetal y pecuario disponibles en la zona, para su posible uso en el abonamiento de los cultivos que se tienen en este valle y sobre todo de alfalfa, cuyo forraje verde es destinado a la ingesta del cuy. Con base en lo mencionado, en este trabajo se determinaron los análisis físico-químicos y microbiológicos de nueve compostajes producidos a base de viruta, bagazo de caña de azúcar y rastrojos de maíz combinados con residuos pecuarios como gallinaza, estiércol vacuno y cuyinaza, a fin de evaluar su potencial como abono para los diferentes cultivos en el valle Condebamba y prioritariamente para la producción de alfalfa, como fuente alimenticia del cuy.

Materiales y métodos

Localización del estudio

El proceso de compostaje se desarrolló entre los meses de agosto a octubre en las instalaciones de la empresa CENPROGEN, localizada entre las coordenadas 7°34’25” S y 78°04’11” O, valle Condebamba, ubicada políticamente en el caserío de Mangallana, distrito de Condebamba, provincia de Cajabamba, región Cajamarca-Perú. En esta localidad se presenta una precipitación anual promedio de 783 mm. con mayores precipitaciones entre los meses de setiembre - abril con un promedio mensual de 112 mm, humedad relativa de 73% y la temporada seca abarca desde los meses de mayo - agosto con precipitaciones de 18 mm promedio mensual, 63% de humedad relativa, y una temperatura media anual de 19.5°C. (Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología, SENAMHI, Estación Cajamarca).

Materiales para el compostaje

La cuyinaza (C) fue recolectada de la granja de cuyes CENPROGEN, el estiércol de vacuno (EV) del establo Mangallana, la gallinaza (G) fue adquirida de un comerciante-transportista en la feria agropecuaria del valle Condebamba, los rastrojos de maíz (RM) se recolectaron de diferentes agricultores de Mangallana, el bagazo de caña de azúcar (BC) del trapiche Mangallana, la viruta (V) de un aserradero del distrito Condebamba. La caracterización química de los materiales de compostaje se realizó en los laboratorios de suelos y control de alimentos de la Universidad Nacional de Cajamarca. Los microrganismos eficientes (ME) fueron preparados artesanalmente durante siete días de fermentación previo a la instalación de las pilas de compostaje, en base a cultivo de Lactobacillus sp, agua, melaza de caña, hígado de vacuno y sal, de acuerdo con las indicaciones de Alvarez et al (2018) y Prado (2017).

Instalación de las pilas de compostaje

La determinación de la cantidad de los residuos de compostaje se hizo considerando la relación carbono nitrógeno de cada materia prima recomendada por Román et al (2013), estableciéndose una relación inicial de C:N entre 25 y 30 (Alvarez-Vera et al 2019) a fin de garantizar las tres etapas necesarias del compostaje. Luego de formular cada compostaje, en forma manual y uniforme se formaron las pilas con la materia prima según cada tratamiento (Tabla 1). Se establecieron nueve tratamientos con cuatro repeticiones y en total 36 unidades experimentales distribuidas al azar, cada unidad experimental igual a una pila de 200 kg de residuos y con dimensiones de 1.5 metros de largo, 1 metro de ancho y 0.6 metros de altura; las pilas separadas 1 metro entre ellas. Doce pilas de compostaje correspondieron a tratamientos con gallinaza, los tres residuos vegetales y sus respectivas repeticiones (G-RM, G-V y G-RM), doce pilas con estiércol de vacuno y los tres residuos vegetales (EV-RM, EV-V y EV-RM) y doce pilas con cuyinaza y los tres residuos vegetales (C-RM, C-V y CRM). Se colocaron las materias primas en capas sucesivas y se aplicó manualmente los microorganismos eficientes, en toda la superficie de cada capa. Al final la pila fue cubierta por una capa de estiércol.

Manejo del proceso de compostaje

Cada unidad experimental fue sometida a evaluación semanal de pH y temperatura en los dos extremos y en el centro de cada una de las pilas de compostaje a una profundidad de 30 cm. De acuerdo a los requerimientos hídricos con una regadera se aplicó agua en forma uniforme a fin de mantener 40% de humedad. La inoculación de ME en las pilas de compostaje se realizó una vez por semana durante el primer mes en una solución con agua y ayudados con una regadera.

El proceso de volteo de las pilas se realizó de forma manual una vez por semana para darle aireación al proceso de compostaje permitiendo la acción de los microorganismos sobre la materia prima. Luego de 70 días se alcanzó la fase de estabilización del compostaje y al final de este periodo se realizó la caracterización correspondiente a cada tratamiento extrayendo una muestra por cada repetición teniendo en total, 36 muestras para el análisis de laboratorio.

Análisis del compostaje en laboratorio

Los análisis físico-químicos y microbiológicos se realizaron en el laboratorio de suelos, plantas, aguas y fertilizantes de la Universidad Nacional Agraria la Molina. La conductividad eléctrica (CE) y pH se analizaron en una relación 1 a 5 volúmenes de compost/agua, en un frasco de 250 mL,se llevó a 150 mL con agua destilada, se agitó durante 10 minutos a 3000 rpm y se dejó reposar, luego se realizaron las mediciones en la solución con un conductímetro y un potenciómetro (Barbaro et al 2011). Se analizaron las muestras por diferentes metodologías estandarizadas de espectrometría de absorción atómica, Kjeldahl e ignición (Bohorquez et al 2018); calcio, magnesio, potasio y sodio fueron analizados a partir del filtrado de la primera solución para CE y pH con un espectrofotómetro de absorción atómica, el nitrógeno se lo determinó por el método Kjeldahl, la humedad del compostaje se lo determinó en una estufa a 105°C por 24 horas, la materia orgánica (MO) se determinó por diferencia al encontrarse las cenizas por ignición. La determinación del fósforo se hizo por colorimetría del vanado molibdato (Vistoso y Antilén 2018). Los análisis microbiológicos de los diferentes compostajes se realizaron siguiendo los procedimientos descritos por Escobar et al (2012).

Análisis estadístico

Con los datos de los análisis físico-químicos y microbiológicos realizados a cada compostaje se hizo un análisis de varianza, de acuerdo al diseño completamente al azar con nueve tratamientos y cuatro repeticiones cada uno. Los resultados de las características químicas y microbiológicas son mostrados como el promedio de cada tratamiento. Para la comparación de medias de los tratamientos se usó la prueba de Duncan, con un nivel de significancia p < 0.05. El software estadístico utilizado fue el procedimiento MIXED del SAS (2006).

Resultados y discusión

En las Figuras 1 y 2 se muestra la variación de la temperatura y pH de pilas durante el periodo de compostaje.

Figura 1. Variación de la temperatura de las pilas durante el periodo de compostaje	Figura 2. Variación del pH de pilas durante el periodo de compostaje

En la Tabla 2, se muestran los resultados del análisis químico de los materiales del compostaje.

En la Tabla 3, se muestran los resultados de las características físico-químicos del compostaje producido. Todos los indicadores físico-químicos analizados estadísticamente mostraron diferencia significativa (p<0.05) entre los tratamientos evaluados, excepto pH.

En la Tabla 4 se indican las características microbiológicas de los compostajes evaluados. Se observan diferencias numéricas a favor de los compostajes con gallinaza para los recuentos de bacterias, actinomicetos y hongos en relación con los compostajes en base a EV y cuyinaza.

Temperaturas del compostaje

Los cambios de temperatura del compostaje determinan las diferentes fases, siendo la primera fase la mesófila que termina cuando la temperatura llega a 45°C, luego continúa la fase termófila durante varias semanas pudiendo superar el compostaje los 60°C; seguidamente la temperatura desciende hasta 45 ° C indicando el fin de la fase termófila e inicio de la segunda fase mesófila que va hasta alcanzar la temperatura ambiente (Proietti et al 2015; Román et al 2013). En este experimento los tratamientos G-RM, G-V y C-BC entraron a la fase termófila a los 7 días, los demás tratamientos alcanzaron esta fase a los 14 días, mientras que en ese mismo periodo los tratamientos G-BC y C-V superaron los 60°C. En la Figura 1 se observa el comportamiento de La temperatura de las pilas, notándose dos picos de temperatura, en el día 14 y en el día 21; el primer grupo que alcanzó temperaturas máximas correspondió a los compostajes con gallinaza y cuyinaza y en el segundo grupo están los compostajes con estiércol de vacuno. A los 35 días de evaluación todas las pilas de compostaje registraron temperaturas inferiores a 45°C iniciándose la segunda fase mesófila que concluyó a los 70 días cuando todos los tratamientos alcanzaron temperaturas ambientales. Esta tendencia lo observaron también en compost en base a estiércol de vacuno y desechos de aves que alcanzaron temperaturas ambientes a los 75 días (Florida y Reátegui 2019), del mismo modo la curva del comportamiento de la temperatura de pilas durante el compostaje coincide con la gráfica presentada por Alvarez-Vera et al (2019). Por tanto, los procesos de compostaje en este experimento siguieron las variaciones típicas de temperatura con un periodo incremental hasta alcanzar el pico con un subsiguiente periodo de descenso térmico.

pH del compost

El pH del compost es importante porque los problemas nutritivos más comunes ocurren en los cultivos cuando el pH se encuentra fuera del rango óptimo (Barbaro et al 2019). Todos los composts evaluados fueron alcalinos, con mayores valores de pH en los que tuvieron como componente pecuario a la gallinaza y cuyinaza, esto debido a que el compost alcalino contiene menor proporción de iones intercambiables de hidrógeno y mayor contenido de calcio y también de sodio (Barbaro et al 2019). En coincidencia, los composts de este experimento que resultaron con mayores valores de pH contenían una alta concentración de Na, sin embargo, el pH final estuvo dentro del rango que se exige para un compost de buena calidad (Román et al 2013; NTC 5167, 2011). Estos resultados concuerdan con los hallados por Hernández et al (2017) quienes produjeron compost con residuos vegetales y pecuarios como gallinaza y estiércol vacuno, con valores de pH alcalinos cercanos a 9. Por tanto, se considera que el proceso de compostaje en este estudio fue óptimo dentro de los estándares que rigen la producción de compost.

Conductividad eléctrica

La concentración de sales solubles presentes en el compost se mide mediante la CE, implicando que, a mayor CE, mayor es la concentración de sales, habiéndose determinado la existencia de una correlación de 0.98 entre CE y Na en compost elaborados con diversas materias primas (Barbaro et al 2019). En este experimento la CE ha tenido la misma tendencia en los resultados de los nueve abonos producidos, los cuales contrastan también con los valores del compost evaluado por Vásquez y Loli (2018) quienes también encontraron una CE alta en correlación con los valores de Na. La información de la CE de los nueve composts producidos en esta zona servirá para utilizarlo adecuadamente en el abonamiento orgánico considerando el efecto sobre el suelo y el cultivo (López et al 2017).

Materia orgánica

La materia orgánica también mostró diferencias significativas entre los tratamientos (Tabla 2) con mayor contenido de MO en los composts con gallinaza y cuyinaza, esto debido a que el estiércol de bovino contiene sólo la mitad de MO que la gallinaza, según reporta Ansorena et al (2015) para residuos de origen ibérico; sin embargo todos los composts del presente estudio están por encima de 30% de MO de acuerdo a lo sugerido por estos investigadores españoles para la MO de un compost de buena calidad; asimismo, la MO de los compost de este experimento también cumplen ampliamente con el requisito mínimo establecido por algunas entidades especializadas (Román et al 2013; NTC 5167, 2011). La riqueza en MO del compost producido en el valle Condebamba demuestra que el compostaje tuvo un ambiente óptimo que permitió el desarrollo de microorganismos celulolíticos, amilolíticos y amonif icantes, útiles en la digestión y descomposición del material orgánico y necesarios en la mineralización de los residuos (Valerio et al 2016).

Nitrógeno total

El nitrógeno presenta valores medios de 1.19 para EV-V hasta 2.43% para G-RM (Tabla 2). El contenido de N aumentó de acuerdo con el material pecuario utilizado. siendo menor en el compost de estiércol vacuno, seguido por el compost en base a cuyinaza y mayor con gallinaza. Este resultado puede explicarse debido a que la cuyinaza contiene restos de alfalfa y pienso desperdiciado que puede contener 18% de proteína (NRC, 1995), y la gallinaza contiene también alimento no ingerido y plumas con alto contenido proteico que se pierden en el piso de los gallineros (Gajda et al 2019; Tahamtani et al 2016). Estos resultados concuerdan con los hallados por Florida y Reategui (2019) y Drake et al (2018) quienes encontraron mayor cantidad de N en compost a base de desechos avícolas en relación con los composts que tuvieron solamente estiércol vacuno como material pecuario. Los nueve composts evaluados en este estudio cumplen los requisitos mínimos de N de un compost ideal que debe contener más de 1% (Román et al 2013; NTC 5167, 2011).

Foto 1. Material pecuario utilizado en el compostaje. A) Gallinaza: mezcla de heces, orina, alimento y plumas. B) Estiércol vacuno, apilado fuera del corral: mezcla de heces y orina. C) cuyinaza, en el alojamiento de los cuyes: mezcla de heces, orina, material de cama y forraje no consumido

Fósforo, potasio, calcio, magnesio y sodio

Los contenidos de fósforo y potasio de los composts del presente estudio con gallinaza y cuyinaza son altos, debido posiblemente a que P y K se conservan en el compostaje en valores cercanos a los originales que son de alrededor a 3% P y 1% K (Estrada 2005); mientras que, el compost con estiércol vacuno está por debajo del 1% de P pero dentro del rango ideal establecidos por Román et al (2013); sin embargo, es necesario considerar que los composts evaluados, debido a que cuentan con un pH promedio mayor de 8, adicionalmente se constituyen en buenas fuentes de K disponible y P extraíble (Hose et al 2016). En cuanto a los niveles de calcio de los composts de este experimento coinciden con los reportados por De Corato (2016) en compost elaborados a partir de residuos agroindustriales, y con Hernández et al (2016) que analizaron compost con gallinaza y estiércol vacuno en mezcla con rastrojos de maíz. Los contenidos de Mg de los nueve composts de este experimento se sitúan alrededor de 1.6%, considerado por Navia et al (2013) como valor ideal para compost con materiales agropecuarios, quienes atribuyen una directa relación de este elemento químico con el pH. El contenido de Na también está relacionado con la CE (Barbaro et al 2019); por lo que al tener una CE elevada todos los compost evaluados también tienen el nivel de Na alto.

Foto 2. Manejo del compostaje e influencia del material vegetal en la densidad, color y porosidad del compost. A) Área inicial para la instalación de las pilas. B) Pila con rastrojos de maíz. C) Volteo de pila con viruta. D) Control térmico y humedad de pila con bagazo de caña de azúcar

Otros aspectos físicos del compost

Para que el manipuleo del compostaje sea menos difícil, con respecto a las labores de mezclado, cargado y traslado, se recomienda que los mismos tengan una densidad (kg m^-3) baja (Barbaro et al 2019). En este sentido, el material vegetal influenció en la densidad y color del compost (Foto 2), produciendo mayor volumen la panca de maíz, luego el bagazo de caña y finalmente la viruta, que pudo estar relacionado con el tamaño inicial de los residuos, por lo cual, antes de instalar las pilas se deberían fragmentar adecuadamente los materiales, considerando que la porosidad del compostaje es importante porque determina el espacio para agua y aire.

Organismos microbianos

Los composts con gallinaza, fueron los tratamientos con más altos valores de microrganismos totales, lo cual se asocia, probablemente, a su composición nutricional (Escobar et al 2012). Sin embargo, la cantidad de microrganismos encontrados en los nueve composts evaluados es similar a la reportada por De Corato et al (2016) para compost con residuos agroindustriales. Por otro lado, la ausencia de bacterias patógenas del género Salmonella en el compost, se debido posiblemente a la inclusión de ME en el compostaje que aceleraron la degradación de MO y prolongaron la fase termófila, aumentando la temperatura y el pH, lo cual permitió la eliminación de bacterias patógenas (Wan et al 2019).

Conclusiones

• Los nueve compostajes evaluados presentaron altos contenidos de materia orgánica y N cumpliendo con las exigencias mínimas de los estándares para compostajede calidad. Por lo tanto, según Román et al (2013) y la norma Técnica colombiana NTC 5167 (2011), los compostajes producidos son de buena calidad, sobresaliendo ellos con gallinaza y cuyinaza por su mayor contenido de materia orgánica y N
  
  
• Los valores de conductividad eléctrica y pH indican el alto contenido de sales de los nueve compostajes producidos; valores a evaluar antes de aplicar a un cultivo determinado
  
  
• Microbiológicamente, los compostajes producidos no presentan Salmonellas que pudieran contaminar a cultivos como alfalfa para uso en alimentación de cuyes

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