Evaluación de compost y vermicompost de orujo agotado de uva como componentes de sustratos

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1 Evaluación de compost y vermicompost de orujo agotado de uva como componentes de sustratos R. Paradelo, A.B. Moldes, D. González y M.T. Barral Departamento de Edafoloxía e Química Agrícola, Universidade de Santiago de Compostela. Facultade de Farmacia, Santiago de Compostela. España, remigio.paradelo@usc.es Palabras clave: compostaje, vermicompostaje, fitotoxicidad, germinación, residuos agroindustriales. Resumen Entre las industrias que producen residuos orgánicos susceptibles de aprovechamiento agrícola, destaca en España la industria vitivinícola. En este trabajo se estudió la aplicación de cinco compost de orujo de uva, obtenidos a escalas diferentes (escala de laboratorio, piloto e industrial) y por varios procedimientos (compostaje y vermicompostaje), como componentes en la elaboración de sustratos para viveros. Para ello se realizó una caracterización de las propiedades químicas de los compost, así como pruebas de crecimiento de cebada en mezclas de los compost al 25 y 50% con turba o un sustrato comercial. Todos los compost presentaron propiedades elevados contenidos en materia orgánica (>90%), baja conductividad eléctrica (<1 ds m -1 ), ph entre 7 y 8, y elevadas concentraciones de P y K asimilables. Los resultados de las pruebas de crecimiento, basados en la germinación y productividad vegetal, indicaron que cuatro de los cinco compost evaluados serían adecuados para su uso en la elaboración de sustratos, aunque los resultados fueron mejores en las mezclas con compost al 25% que en las mezclas al 50%. INTRODUCCIÓN La industria vitivinícola produce una gran cantidad de residuos orgánicos actualmente poco aprovechados, y que se podrían utilizar como enmiendas en suelos o como componentes para la elaboración de substratos. Los principales residuos sólidos producidos en esta actividad son los restos de poda de las vides, el orujo, compuesto por pieles, semillas y raspones que quedan después del prensado, y las lías de vinificación (separadas por sedimentación tras la fermentación). El orujo puede llegar a representar el 20% en peso de la cosecha, y se caracteriza por un elevado contenido en materia orgánica (por encima del 90%), potasio, y en menor medida, fósforo y nitrógeno (Díaz et al., 2002; Arvanitoyannis et al., 2006; Moldes et al., 2007; Bustamante et al., 2008a). Cuando el orujo se destila para la obtención de etanol, se produce un nuevo residuo, el orujo agotado, de características similares al anterior. La necesidad de materiales económicos para reemplazar a la turba en la elaboración de sustratos para viveros ha provocado en los últimos años un incremento del interés por la utilización para este fin de residuos orgánicos de origen agroindustrial (Carmona y Abad, 2008). Por su elevado contenido en materia orgánica, el orujo agotado podría ser un material destinado a satisfacer parte de las necesidades de materiales para sustratos del sector. Sin embargo, este residuo presenta problemas que pueden limitar su uso, como son: su producción marcadamente estacional, su ph ácido y su fitotoxicidad (Bustamante et al., 2008a). Para evitar posibles efectos negativos sobre la planta como consecuencia de sus propiedades iniciales, en particular la presencia de sustancias fitotóxicas y antibacterianas, como etanol, ácidos orgánicos 675

2 (láctico y acético, entre otros) y compuestos fenólicos, se recomienda la estabilización de este residuo mediante un proceso como el compostaje, antes de su uso. Aunque la bibliografía sobre el compostaje de residuos vitivinícolas y su aplicación en agricultura y restauración no es escasa (Inbar et al., 1992; Díaz et al., 2002; Ferrer et al., 2001; Nogales et al., 2005; Arvanitoyannis et al., 2006; Moldes et al., 2007; Paradelo et al., 2007, 2009), su uso como componente de sustratos ha sido poco estudiado hasta ahora, con algunas excepciones (Baran et al., 2001; Bustamante et al., 2008b). El objetivo de este trabajo fue estudiar las propiedades de compost y vermicompost de orujo agotado de uva como enmiendas orgánicas, y la posibilidad de utilizarlos en la elaboración de sustratos para horticultura en sustitución de turba o sustratos comerciales, con la doble intención de reducir costes en la industria viverista y mejorar la gestión de residuos en la industria vitivinícola. MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron cinco compost de orujo agotado elaborados a tres escalas diferentes y con procedimientos distintos. Dos de ellos fueron preparados en el laboratorio: el primero (GMC1) en un reactor comercial BIORESOR y el segundo (GMC2) en recipientes plásticos de 0,5 L. La duración del proceso de compostaje fue de dos meses en ambos casos. Otros dos compost (GMC3 y GMV1) fueron elaborados a mayor escala, a partir de un mismo orujo agotado, del siguiente modo: tras un período de tres meses al aire libre, 100 kilogramos de orujo agotado se depositaron en dos cajones de madera de 0,5 m 3 en los que fueron compostados durante seis meses. En uno de los cajones se añadieron 1000 lombrices de la especie Eisenia foetida en el tercer mes de compostaje, para obtener el vermicompost GMV1. En el otro no se realizó ningún tratamiento adicional, obteniéndose el compost GMC3. Por último, otro vermicompost (GMV2) fue obtenido a escala industrial por la empresa Ecocelta (Ponteareas), también a partir de orujo agotado, mediante un proceso consistente en una etapa de compostaje al aire libre de tres meses seguida de un tratamiento de dos meses de duración en cajones de plástico de 35 L con 1800 ejemplares de Eisenia foetida. Determinaciones generales El ph y la conductividad eléctrica (C.E.) se determinaron en extractos acuosos (relación sólido:líquido 1/5 v/v) de las muestras frescas. El contenido en materia orgánica (M.O.) se determinó por pérdida de peso tras calcinación a 450ºC de muestra seca y molida, y el contenido en C total se calculó multiplicando este valor por un factor de 0,58. El N total se determinó por el método de Kjeldahl. P y K asimilables fueron extraídos en CAL (acetato cálcico, lactato cálcico y ácido acético a ph 4,1), y Mg asimilable en CaCl 2 0,01M, todos ellos en relación sólido:líquido 1:10 m/v (FCQAO 1994). Ca y Mg se determinaron en los extractos por absorción atómica de llama (Varian 220FS), K mediante emisión atómica de llama (Varian 220FS), y P mediante la formación del complejo fosfomolíbdico y lectura de la absorbancia a 540 nm (Varian Cary 100). Elaboración de sustratos y crecimiento de cebada Se prepararon dos series de medios de crecimiento. La primera serie consistió en mezclas de compost y turba de Sphagnum facilitada por Miksskaar AS (Estonia). La segunda serie consistió en mezclas de compost y un sustrato comercial basado en una mezcla de turbas (Blumenerde). Cada uno de los cinco compost se mezcló en dos proporciones, 25 y 50%, con la turba o el sustrato comercial. No se realizaron mezclas con más del 50% de compost porque otros autores han indicado que este porcentaje 676

3 puede ser el máximo para la utilización de compost de orujo en sustratos (Baran et al., 2001). Para el experimento de crecimiento de cebada, tres recipientes plásticos de 12 cm de diámetro y 7 cm de altura se llenaron con unos 400 ml de cada mezcla, sembrándose 50 semillas de cebada en cada uno. Se añadió un fertilizante líquido (Welgro Standard Plus comercial; Química Masso S.A., Barcelona, Spain) con un 17% N, 15% K 2 O, 30% P 2 O 5, 0,13% Fe, 0,052% Mn, 0,06% Zn, 0,02% B y 0,005% Mo, para obtener concentraciones de 220 mg N L -1, 160 mg K L -1 y 170 mg P L -1. Como controles se utilizaron turba o sustrato comercial al 100%. Los recipientes se cubrieron para reducir la evaporación y se incubaron en una cámara de crecimiento durante diez días a 20ºC con una intensidad luminosa de 2150 lux y un fotoperíodo de doce horas. Se anotó el número de plantas existentes los días tercero, séptimo y décimo, en el cual se cortaron todas las plantas al nivel de la superficie. Se pesaron las plantas en fresco y tras secado a 65ºC. Los resultados de productividad se expresaron como porcentaje de peso fresco (FM 25 y FM 50 ) o peso seco (DM 25 y DM 50 ) con respecto a los resultados del sustrato comercial. Los resultados se analizaron mediante ANOVA y el test de Duncan, usando el software SPSS 12.0 para Windows. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la tabla 1 se muestran las principales propiedades de los compost de orujo. Todos ellos, aún diferenciándose en el material de origen, proceso de elaboración y tiempo de compostaje (entre 2 y 9 meses), presentaron propiedades considerablemente similares, siendo las principales semejanzas los elevados contenidos en materia orgánica (por encima del 90% en todos los casos), la baja conductividad eléctrica (menor de 1 ds m -1 en todos los casos), y el ph entre 7 y 8. La relación C/N osciló entre 16 y 26, y sólo los vermicompost (GMV1 y GMV2) presentaron valores menores de 20, que se suele considerar la referencia para compost maduros. Aunque esto podría indicar una falta de madurez de los compost, hay que tener en cuenta que la relación C/N no es por sí sola un indicador adecuado de madurez en procesos de compostaje de materiales lignocelulósicos, que pueden mantener relaciones C/N considerablemente elevadas incluso después de tratamientos prolongados (Barral et al., 2007). En todo caso, parece observarse que el tratamiento mediante vermicompostaje acelera la estabilización del producto final. Las concentraciones de nutrientes asimilables fueron similares para todos los compost, destacando la elevada cantidad de potasio. En las mezclas con sustrato comercial (Tabla 2) se observó un retraso de la germinación durante los primeros días en todos los casos, aunque al final del experimento (décimo día) los porcentajes de germinación superaron en todos los casos el 79%. Este retraso de la germinación coincide con el efecto fitotóxico observado en los test de germinación con extractos de estos compost (Paradelo et al., 2007, 2009). La productividad en las mezclas al 25%, tanto en peso seco como en peso fresco, fue igual o superior a la del sustrato comercial (a excepción del peso fresco correspondiente a la mezcla con el compost GMC1). En las mezclas al 50% los resultados fueron inferiores a las mezclas al 25%, lo cual se puede atribuir a un retraso en la germinación y el desarrollo más acentuado en estas, pero aún así en la productividad fue superior a la del sustrato control en varias mezclas (exceptuando las mezclas con GMV1 y GMC2). La productividad de las mezclas con turba (Tabla 3) fue muy inferior a la de las mezclas con el sustrato. La producción de biomasa fue mucho más alta en las mezclas con compost que en la turba al 100%, pues todos los compost mejoraron el rendimiento de la turba, tanto al 25% como al 50%, llegando en algunos casos a doblarse la producción. 677

4 Este efecto se debe sin duda a la corrección del ph ácido de la turba (3,9) tras la adición de los compost (todos ellos con ph entre 7 y 8). La Agencia Alemana para la Calidad del Compost (FCQAO, 1994), propone utilizar los rendimientos en materia fresca de mezclas de compost y un suelo control como índices de fitotoxicidad: si la mezcla al 25% da lugar a valores mayores del 90% el compost se consideraría adecuado como enmienda orgánica. El mismo valor de rendimiento para las mezclas al 50% indicaría que el compost es adecuado para su uso en elaboración de sustratos para horticultura. Según este criterio, los compost no serían fitotóxicos, y podrían ser utilizados en la elaboración de sustratos, a excepción del vermicompost GMV1. A la vista de los resultados presentados, podemos concluir que el compostaje del orujo agotado de uva da lugar a productos que se caracterizan por un contenido muy elevado en materia orgánica y potasio, y baja salinidad, y que podrían ser utilizados en la producción de sustratos para horticultura. La presencia de sustancias fitotóxicas que podrían afectar negativamente a la planta, especialmente durante la germinación, hace que sea de gran importancia llevar a cabo un proceso de compostaje controlado adecuadamente, para garantizar una madurez suficiente del producto final. Las pruebas de crecimiento de cebada en mezclas con sustrato comercial o turba demostraron que se podría recomendar la elaboración de sustratos como uno de los posibles usos alternativos para este residuo agroindustrial. Agradecimientos Parte de este trabajo fue financiado por el proyectos PGIDIT05BTF3801PR, de la Consellería de Innovación e Industria de la Xunta de Galicia. Referencias Arvanitoyannis, I.S., Ladas, D. and Mavromatis, A Potential uses and applications of treated wine waste: A review. Int. J. Food Sci. Technol. 41(5): Baran, A., Çaycı, G., Kütük, C. and Hartmann, R Composted grape marc as growing medium for hypostases (Hypostases phyllostagya). Bioresource Technol. 78(1): Barral, M.T., Moldes, A.B., Cendón, Y. and Díaz-Fierros, F Assessment of municipal solid waste compost quality using standardized methods before preparation of plant growth media. Waste Manage. Res. 25: Bustamante, M.A., Moral, R., Paredes, C., Pérez-Espinosa, A., Moreno-Caselles, J. and Pérez-Murcia, M.D. 2008a. Agrochemical characterisation of the solid by-products and residues from the winery and distillery industry. Waste Manage. 28(2): Bustamante, M.A., Paredes, C., Moral., R., Agulló, E., Pérez-Murcia, M.D. and Abad, M. 2008b. Composts from distillery wastes as peat substitutes for transplant production. Resour. Conserv. Recycl. 52: Carmona, E. y Abad, M Aplicación del compost en viveros y semilleros. p En: J. Moreno y R. Moral (eds.). Compostaje. Mundi-Prensa, Madrid. Diaz, M.J., Madejón, E., López, F., López, R. and Cabrera, F Optimization of the rate vinasse/grape marc for co-composting process. Process Biochem. 37(10): FCQAO (Federal Compost Quality Assurance Organization) Methods book for the analysis of compost. Abfall Now e.v. Publishing House, Stuttgart. 678

5 Ferrer, J., Páez, G., Mármol, Z., Ramones, E., Chandler, C., Marín, M. and Ferrer, A Agronomic use of biotechnologically processed grape wastes. Bioresource Technol. 76(1): Inbar, Y., Hadar, Y. and Chen, Y., Characterization of humic substances formed during the composting of solid wastes from wineries. Sci. Total Environ. 113: Moldes, A.B., Vázquez, M., Domínguez, J.M., Díaz-Fierros, F. and Barral, M.T Evaluation of mesophilic biodegraded grape marc as soil fertilizer. Appl. Biochem. Biotechnol. 141(1): Nogales, R., Cifuentes, C. and Benítez, E Vermicomposting of winery wastes: A laboratory study. J. Environ. Sci. Health B. 40(4): Paradelo, R., Cendón, Y., Moldes, A.B. and Barral, M.T A pot experiment with mixtures of slate processing fines and compost. Geoderma. 141(3-4): Paradelo, R., Moldes, A.B. and Barral, M.T Properties of slate mining wastes incubated with grape marc compost under laboratory conditions. Waste Manage. 29(2): Tabla 1. Propiedades generales de los compost. GMC1 GMC2 GMC3 GMV1 GMV2 ph 8,2 7,8 7,2 7,0 7,8 C.E. (ds m -1 ) 0,50 0,55 0,48 0,72 0,37 MO (%) 93,3 93,3 95,0 94,8 90,9 C total (%) 54,1 54,1 55,1 55,1 52,7 N total (%) 2,1 2,1 2,5 3,5 3,0 C/N Mg asimilable (mg kg -1 ) K asimilable (mg kg -1 ) P asimilable (mg kg -1 )

6 Tabla 2. Germinación y productividad de los medios basados en mezclas de sustrato comercial y compost. Germinación (%) Productividad (% con respecto al sustrato control) día 3 día 7 día 10 Peso fresco Peso seco Sustrato 15de 93ab 97a GMC1(25) 19de 87ab 95ab 94bc 111abc GMC2(25) 67a 85ab 85ab 111ab 115abc GMC3(25) 25de 97a 99a 104ab 131a GMV1(25) 35cd 93ab 94ab 105ab 105abc GMV2(25) 59abc 97a 99a 122a 123ab GMC1(50) 7e 89ab 91ab 111ab 108abc GMC2(50) 5e 81ab 79b 100ab 89bc GMC3(50) 37bcd 95a 95ab 111ab 109abc GMV1(50) 61ab 78b 79b 74c 77c GMV2(50) 52abc 85ab 85ab 108ab 103abc Letras diferentes dentro de cada columna indican diferencias significativas en el test de Duncan para P<0,05. Tabla 3. Germinación y productividad de los medios basados en mezclas de turba y compost. Germinación (%) Productividad (% con respecto al sustrato control) día 3 día 7 día 10 Peso fresco Peso seco Turba 20d 94abc 95ab 41d 40d GMC1(25) 61abc 87bcd 87abc 59bc 74ab GMC2(25) 70ab 84cd 85c 65abc 70abc GMC3(25) 55bc 99a 99a 65abc 76ab GMV1(25) 77a 94abc 97ab 74a 85a GMV2(25) 51bcd 81d 81c 70ab 66bc GMC1(50) 49cd 83cd 87bc 52c 53c GMC2(50) 64abc 91abcd 91abc 70ab 66bc GMC3(50) 60abc 87bcd 92abc 53c 67abc GMV1(50) 33d 97ab 97ab 51c 68abc GMV2(50) 59abc 91abcd 92abc 72ab 82ab Letras diferentes dentro de cada columna indican diferencias significativas en el test de Duncan para P<0,