HIGIENIZACIÓN DE SARMIENTOS DE LA VID MEDIANTE PROCESOS DE COMPOSTAJE

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1 HIGIENIZACIÓN DE SARMIENTOS DE LA VID MEDIANTE PROCESOS DE COMPOSTAJE P. M. Matei (1), M. Sánchez Báscones (1), M. T. Martín Villullas (1) M.A. Diez Gutiérrez (1), J. B. López Sotelo (1) (1) E.T.S.I.A. Universidad de Valladolid, Av. Madrid, 44, Palencia, 34004, Spain ABSTRACT The increases in fungal diseases in grapevine cause concern to growers and viticulturist. This work has as its main purpose the development and implementation of a method, an alternative to burning, for the treatment of the remains of pruning and the vine shoots from the vineyard. The method consists in the biodegradation in solid phase of this waste through composting, in a way that would produce the hygienization of the material, which is affected by various fungi associated with the declining of the vine and moreover the resulting product is valued as organo-mineral fertilizer. There will be an optimization of the process so that, in addition to the management of waste, we would get a final product free of toxic and polluting fungi accumulated due to the optimization of the operation of the biodigester for the waste to be treated, and the development of optimized management treatment process systems, by the monitoring, the automatic control and the remote sensing of the variables involved in the process. In this paper we present the first results of the vine shoot composting experiences in pilot biodigester using as an activator of the process and proofreader of C/N ratio two livestock waste (poultry manure and sheep manure) as well as the first signs of progress of fungi in the process. Key words: composting, vine shoots, hygienization RESUMEN El aumento de las enfermedades fúngicas en vid causa preocupación a los viveristas y viticultores. El presente trabajo tiene por finalidad principal el desarrollo y puesta a punto de un método, alternativo a la quema, para el tratamiento de los restos de poda y los sarmientos procedentes del viñedo. El método consiste en la biodegradación en fase sólida de dichos residuos, mediante compostaje, de forma que, por una parte, se produzca la higienización del material, que se encuentra afectado de distintos hongos asociados a los decaimientos de la vid y, por otra, se valorice el producto resultante como fertilizante órgano-mineral. Se realizará una optimización del proceso de forma que, además de conseguir la gestión de los residuos, se alcance un producto final libre de hongos contaminantes o tóxicos acumulados, a partir de la optimización del funcionamiento del biodigestor para los residuos a tratar, y el desarrollo de sistemas de gestión optimizados de los procesos de tratamiento, mediante la monitorización, el control automático y la detección remota de las variables que intervienen en el proceso. En este trabajo se presentan los primeros resultados de las experiencias de compostaje de sarmientos en biodigestor piloto utilizando como activador del proceso y corrector de la relación C/N dos residuos ganaderos (estiércol de gallina y de oveja), así como los primeros indicios de evolución de los hongos en el proceso. Palabras claves: compostaje, sarmientos, higienización

2 INTRODUCCIÓN El residuo lignocelulósico más importante en las industrias enológicas son los sarmientos obtenidos en la poda en seco de las cepas. La viña produce, en condiciones normales, de 2 a 4 toneladas de sarmiento por hectárea y por año (Flanzy, 2003). Los sarmientos son considerados como residuos con un potencial interés energético. Los sarmientos presentan gran poder calorífico acumulado, unos 3250 kcal/kg (Andrés Abellán M., 2006) por lo que en la actualidad se utiliza en su gran mayoría para calderas de biomasa. La quema genera una cierta contaminación por la liberación de CO 2 a la atmósfera. Este tipo de residuos pueden albergar hongos fitopatógenos de la madera que posteriormente pueden ser una fuente de inóculo en la propagación de enfermedades si son abandonados en la propia viña. Se conocen con el nombre de enfermedades de madera de la vid a un complejo de hongos xilofagos, entre los que principalmente se encuentran: Phaemoniella chlamidospora, Phaeoacremonium aleophilum, Diplodia seriata, Eutypa lata, Fomitiporia mediterranea, Cylindrocarpon sp.. Los patógenos causantes de la aparición de estas enfermedades determinan a largo o corto plazo la muerte de las cepas (Grosmann, 2008). Con frecuencia se encuentran infecciones conjuntas de varios hongos. Una planta puede tener parte de su madera afectada y no mostrar síntomas externos, por tanto, una planta sin síntomas no significa que este sana. Los viveristas probablemente multiplican y venden plantas afectadas sin saber que lo están, las contaminaciones pueden producirse a lo largo del proceso de producción en los viveros. Por otra parte, los viticultores apilan los residuos de la poda en las orillas de la parcela y los dejan pudrir incontroladamente para, posteriormente, volverlos a añadir a la propia viña y satisfacer así las necesidades de materia orgánica, esta práctica provoca la reinfección de la parcela y la adición de materia orgánica sin estabilizar. Por tanto, parece evidente la necesidad de evitar al máximo cualquier contaminación, reduciendo la presencia de los hongos fitopatógenos y las heridas en las plantas. El objetivo principal de este trabajo es eliminar los hongos fitopatógenos de la madera en los sarmientos y restos de poda de la vid, que actúan como reservoire y fuente de inoculo en la propagación de enfermedades que no tienen tratamiento, utilizando para ello el proceso de compostaje como método de higienización para ver si esta metodología es capaz de destruir los hongos y sus estructuras de supervivencias: las esporas. Esto se comprobará realizando análisis de microbiología después del proceso de compostaje. MATERIAL Y METODOS 1. Sarmientos Los sarmientos de vid triturados va a ser el material para la higienización (el tamaño más general son las astillas y los trozos de 2 a 3 cm; en cantidad pequeña algunos trozos superan estas medidas) (fig. 1). Para triturar los sarmientos se ha utilizado una máquina trituradora. Fig. 1- Sarmientos triturados a degradar.

3 2. Estiércol de gallina Se caracteriza por presentar un elevado contenido en nitrógeno, por lo que es necesario mezclarlo con otros materiales o dejarlo descomponer antes de utilizarlo para el campo. 3. Aparatos: -biodigestor Kollvik (Multicomp 2-M), termómetro para sustrato Crison, sonda humedad Theta Meter (HH1), medidor gases Dräger, estufa de secado, molino ultracentrífugo RETSCH, LECO CHN 2000, autoclavo, campana UV. 4. Otros materiales -hongos xilófagos aislados, medios de cultivo MEA y PDA Primer modulo del biodigestor Kollvik ha sido utilizado para la mezcla de sarmientos con estiércol de gallina y el segundo para la mezcla sarmientos con estiércol de oveja. Para realizar el proceso de compostaje se establecieron las mezclas óptimas de sarmientos junto con el estiércol de gallina y de oveja en función de su composición. Es necesario que la mezcla tenga un buen balance C/N para que la degradación aerobia tenga lugar adecuadamente. Se tomaron muestras de cada uno de los materiales y se secaron en la estufa para determinar la humedad y después se han molido con el molino ultracentrífugo Retsch. Sobre el material molido se analizaron el contenido en C y N por el método LECO para cada muestra. A lo largo del proceso de compostaje se tomaron muestras de las mezclas para estudiar la evolución de los hongos patógenos durante el proceso (cada dos días), a la vez que se analizaran otros parámetros físico-químicos, como la temperatura, humedad contenido en gases y aeración. Se realizaron también inoculaciones en la campana UV de hongos sobre sarmientos que después de un mes de incubación se han utilizado en el montaje de la pila de compostaje. RESULTADOS Y DISCUCIÓN Procesado del material vegetal. Para realizar el proceso de compostaje se han triturado los sarmientos, con el fin de favorecer la degradación microbiana. El tamaño inicial de las partículas que componen la masa a compostar es una importante variable para la optimización del proceso, ya que cuanto mayor sea la superficie expuesta al ataque microbiano por unidad de masa, más rápida y completa será la reacción, por lo tanto, el desmenuzamiento del material facilita el ataque de los microorganismos y aumenta la velocidad del proceso. Sin embargo, un tamaño demasiado pequeño puede provocar el apelmazamiento de la masa a compostar y dificultar su aireación, creando zonas anaerobias. Cálculo de la proporción de mezcla de los materiales a compostar en el biodigestor piloto La aportación nitrogenada para llevar a cabo el compostaje requiere también materia orgánica, los sarmientos tienen gran cantidad de carbono pero menor cantidad de nitrógeno. En este caso se ha realizado una prueba previa para la selección del material partiendo de dos residuos ganaderos (estiércol de gallina y de oveja). Se han realizado análisis físico-químicos de cada uno de los residuos a compostar, ya que es imprescindible determinar su proporción C/N para que el proceso funcione correctamente y la degradación sea más rápida y eficaz (tabla 1).

4 Tabla 1. Caracterización de los residuos a compostar; optimizar la relación C/N Vine shoots 0,10 ID code Weight Carbon Hydrogen Nitrogen 707 foliar foliar foliar Humedad (%) media ,02 66 Sheep manure 0, foliar foliar foliar media ,06 19 Poultry manure 0, foliar foliar foliar media ,34 7 C/N method LECO El estierco de gallina (tabla 1) tiene el más alto contenido en nitrógeno, por lo que se convierte en un buen material para ser mezclado con los sarmientos de vid en el compostaje. Para un correcto compostaje en que se aproveche y retenga la mayor parte del C y del N, la relación C/N del material de partida debe ser aproximadamente de 30, para calcular esta relación se utilizó el siguiente sistema de ecuaciones: Para un peso de 100 kg de mezcla, las proporciones serán las siguientes: A (C/N) A + B (C/N) B = 100 (C/N) mezcla Teniendo en cuenta los datos de la tabla 1 y si se quiere que la mezcla tenga una relación C/N =30: Para la mezcla sarmientos+gallinaza: A* 66 + B*7 = 100*30 Para la mezcla sarmientos+estiércol de oveja: A* 66 + B*19 = 100*30 Por otra parte, A+B = 100 Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtiene: Para la mezcla de sarmientos con gallinaza, por cada 100 kg de masa 39 corresponderán a sarmientos y 61 a gallinaza (proporción 1:1,5). En el caso de la mezcla de sarmientos con estiércol de oveja en 100 kg de masa habrá 23,4 kg de sarmientos y 76,6 kg de estiércol de oveja (proporción 1:3). Se ha tomado como media la proporción de 1:2 para las dos mezclas. Prueba piloto en el biodigestor. Se ha iniciado una experiencia piloto en un biodigestor de pequeño tamaño para optimizar las proporciones de mezcla de los materiales a compostar (sarmientos, gallinaza y estiércol oveja). Los resultados de las experiencias piloto servirán de base para realizar las experiencias a escala real. El tiempo de compostaje es de 3-4 meses cuando el proceso se realiza en abierto pero se espera una significativa reducción de la duración en el biodigestor cerrado. Evolución de los parámetros físico-químicos durante el proceso de compostaje. La temperatura, humedad y aireación son parámetros de gran importancia para controlar el proceso de compostaje. Se mide la temperatura y la humedad y se controla la aireación, volteando cuando sea necesario.

5 Temperature (ºC) La temperatura es un factor muy importante en el proceso de compostaje (Bueno et al., 2008), permite estimar si el proceso está teniendo lugar de forma adecuada así como identificar la etapa del proceso en la que nos encontramos. Existe una relación directa entre la degradación y el tiempo en el que la temperatura ha sido alta (Moreno et al., 2007). Como se puede ver, en el biodigestor, las temperaturas han llegado en torno a los 50 ºC (fig. 2) lo que nos puede decir que en una pila o un compostador de capacidad grande la temperatura subirá a valores más altos Evolution of the temperature in the first few days of composting(ºc) 52,8 50,9 44,8 42,5 40,1 40,2 38,4 37,7 34, ,1 29,8 24,6 23, Poultry manure Sheep manure Days Fig. 2 - Evolución de la temperatura durante el proceso de compostaje (ºC) En la fase termófila, la temperatura debe de ir aumentando hasta una temperatura de 55 60ºC durante al menos 3 días para destruir los microorganismos causantes de enfermedades (patógenos) (Dalzell. et al., 1991). Los sarmientos son residuos lignocelulósicos, su estructura no ha sido modificada en el transcurso del proceso de compostaje con un valor de temperatura por debajo de 50ºC (fig. 3). Fig. 3 Imagen microscópica de sarmientos compostados a temperatura max de 46,9ºC.

6 Durante el proceso de compostaje se han tomado muestras de sarmientos para determinar los hongos que interviene en el proceso de compostaje para cada mezcla. Se puede observar en las secciones longitudinales y transversales sobre las muestras de sarmientos con gallinaza un oscurecimiento de color en comparación con los sarmientos con estiércol donde las secciones todavía siguen verde (fig. 4) Fig.4 Secciones transversales y longitudinales sobre los sarmientos con gallinaza (1) y sarmientos con estiércol de oveja (2). Experiencias a escala real en abierto y en cerrado. Los resultados de las experiencias piloto servirán de base para realizar las experiencias a escala real. Se ha montado el compostaje en abierto en una pila de gran capacidad con una mezcla de 400 kg de sarmientos triturados, entre cual están marcados los sarmientos inoculados con el primer hongo a analizar Diplodia seriata, y 1000kg de estiércol de gallina. El compostador cerrado de gran capacidad está preparado para ponerlo en funcionamiento con 1000 kg de la mezcla de sarmientos triturados entre cual se encuentran y los inoculados con Diplodia seriata, y estiércol de gallina. Periódicamente se toman datos y muestras para realizar el seguimiento y la evolución del material original y de los microorganismos. Según los resultados de los análisis se voltean con mayor o menor frecuencia las pilas para evitar el agotamiento de los nutrientes evitando así que los microorganismos mueran y se pierda el calor en la pila lo cual significaría que se interrumpe el proceso de higienización. Fig. 5 Pila de compostaje en aire libre Fig. 6 - Compostador de gran capacidad

7 Ensayos de inoculación de sarmientos. Se seleccionaron sarmientos procedentes de cepas asintomáticas. Se han cortado los sarmientos de forma que se mantengan dos nudos por muestra de un tamaño de 15 cm. Se han inoculado con el hongos Diplodia seriata. Para ello se realiza un corte fresco en el sarmiento, se aplica un trozo de micelio crecido sobre PDA y se coloca en tubos abiertos sobre una gradilla que incubará a distintas temperaturas y tiempos (fig.7). Los sarmientos inoculados se han marcado y se han utilizado para el montaje de la pila de compostaje y también se utilizarán para el compostador. Fig. 7 Inoculación de sarmientos con hongos fitopatógenos CONCLUSIONES Las pruebas preliminares permiten presentar algunas conclusiones: 1. Los residuos lignocelulósicos presentan una gran resistencia a la biodegradación, los microorganismos presentes en el proceso de compostaje no son capaces de degradar en su totalidad estos residuos. 2. La gallinaza tiene un alto contenido en nitrógeno y menor en carbono (C/N = 7), por lo que se convierte en un buen material para ser mezclado con los sarmientos a fin de acelerar el proceso de transformación y conseguir un mayor grado de madurez de los compost. 3. La proporción utilizada para las ambas mezclas ha sido de 1:2 como media resultada del sistema de ecuaciones utilizada en función de la relación C/N para cada material. Esta proporción ha resultado ser la óptima para estos tipos de materiales. 4. Además se ha observado que la gallinaza incrementa en gran medida la temperatura durante el proceso en comparación con el estiércol de oveja, lo cual es conveniente en este caso para la inactivación de los hongos patógenos. 5. La temperatura de la mezcla en la prueba piloto ha producido un aumento importante 52,8ºC en apenas 4-5 días pero descendió a 30ºC sin alcanzar las temperaturas óptimas para la higienización. Se espera que en las pilas y compostadores de gran capacidad la temperatura alcanzará valores de 50ºC a 60ºC que inactivarían la mayoría de los hongos fitopatógenos. 6. Como se pudo observar se produce un oscurecimiento y desprendimiento de la corteza del sarmiento de la muestra sarmientos-gallinaza tanto externo como interno desde los primeros días en comparación con la muestra sarmientos-estiércol oveja que tiene color verde en sección transversal y longitudinal. 7. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se seleccionará la mezcla sarmientosgallinaza que mejores resultados aportó respecto a la higienización y a la calidad del

8 compost final y se llevarán a cabo los ensayos a escala real (pilas de compostaje abiertas y compostadores de gran capacidad). REFERENCIAS BIBLIOGRAFCAS Andrés Abellán M., Evaluación de impacto ambiental de proyectos y actividades agroforestales. Colección Monografías. Universidad Castilla-La Mancha. Armengol J. et al., Hongos asociados a decaimientos y afecciones de madera en vid en diversas zonas españolas. Bol. San. Veg. 270 (1): Badr El-Din S.M.S. et al., Field assessment of compost produced by highly affective cellulolytic microorganisms. Biology and Fertility of Soils, 32, (1), Bueno Márquez P. et al., Compostaje Cap.4. Ed. Mundi-Prensa. Madrid. Dalzell, H.W. et al., Manejo del suelo: producción y uso del compostaje en ambientes tropicales y subtropicales Boletín de suelos de la FAO. Roma. Edwards J. and Pascoe IG., Occurrence of Phaeomoniella chlamydospora and Phaeoacremonium aleophilum associated with Petri disease and esca in Australian grapevine. Australasian Plant Pathology 33: Flanzy, C., Enología: Fundamentos científicos y tecnológicos.madrid, Ed. Mundi- Prensa. Grosmann, J Observatoire national des maladies du bois : bilan de 4 années d observations, Euroviti, Angers, pp Larignon P. and Dubos B Fungi associated with esca disease in grapevine. European Journal of Plant Pathology 103: Martín MT. & Cobos R Identification of fungal species associated with grapevine decline in Castilla y León (Spain), Phytopathologia Mediterranea, 46: Martín MT, de la Iglesia E, Carrillo N, Rodríguez, L. Fernández, M &. Cobos R Apuntes sobre enfermedades de madera de la vid. Tierras, 119: Moreno Casco, J. y Mormeneo Bernat, S Compostaje: Microbiología y bioquímica del proceso de compostaje Ed. Mundi-prensa.