BIOSOLIDOS ESTABILIZADOS Y VERMICOMPOSTA DE BIOSOLIDO COMO FERTILIZANTE ORGANICO EN CULTIVO DE FRIJOL Ma. de los Angeles VALDEZ PÉREZ 1, Ana Carmela RAMOS VALDIVIA 1, Marina Olivia FRANCO HERNÁNDEZ 2, Luis Bernardo FLORES COTERA 1, Luc DENDOOVEN 1 1 Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, Laboratorio de Ecología de Suelos. México D.F. C.P. 0700 Teléfono: (0155)50613800 Ext.: 4383Fax: 50613313 correo electrónico: mvaldezperez@yahoo.com.mx. 2 Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología del IPN. Av. Acueducto S/N Col. La Laguna Ticomán. Palabras clave: NH 4 +, NO 3 -, NO 2 -, ph RESUMEN Los fertilizantes inorgánicos son más propensos a lixiviarse que los orgánicos debido a que no contienen materia orgánica y solamente disponen de nutrientes específicos (Sikora et al. 1999). La erosión ha provocando la perdida de nutrientes, minerales y materia orgánica en el suelo; los biosólidos contienen macronutrientes como nitrógeno, fósforo y materia orgánica que pueden ser aprovechados en el suelo para su mejoramiento y favorecer en el crecimiento de las plantas. El objetivo de este trabajo es comparar los fertilizantes orgánicos e inorgánicos aplicados al suelo cultivado con plantas de fríjol cultivadas en columnas bajo condiciones de invernadero. El suelo utilizado es de uso agrícola y el biosólido provienen de la planta de tratamiento aguas residuales RECICLAGUA, Lerma; Estado de México; se llevaron a cabo cuatro tratamientos: suelo+biosólido estabilizado, suelo+vermicomposta, suelo+fertilizante inorgánico y control. La mayor concentración de N-NH + 4 se presentó en el tratamiento con biosólido estabilizado, N-NO + 3 con vermicomposta en los primeros días debido a la forma predominante en que se encontraba el N en el biosólido y vermicomposta. El ph en el biosólido estabilizado era de 8.8 disminuyendo gradualmente en los meses posteriores a 7.7 lo que ocasionó una inhibición de la nitrificación. Las plantas presentaron vainas en todos los tratamientos excepto en el biosólido estabilizado debido a la alcalinidad. El mayor peso en seco se presento en vermicomposta y el menor en el biosólido estabilizado. La velocidad de crecimiento mayor fue en vermicomposta y el menor en el tratamiento con biosólido estabilizado. INTRODUCCIÓN La erosión provocada por las corrientes de aire, las precipitaciones pluviales particularmente en terrenos secos y sin vegetación, ha disminuido la fertilidad en el suelo provocando la perdida de nutrientes, minerales y materia orgánica. El uso de los fertilizantes inorgánicos en el suelo ha ocasionado contaminación a los 1
mantos freáticos debido a que este tipo de fertilizante tiende a lixiviarse rápidamente por no contener materia orgánica solo formulaciones químicas de nutrientes específicos. Un suelo fértil provee un de nutrientes a las plantas para su desarrollo; los biosólidos contienen macronutrientes como nitrógeno, fósforo y materia orgánica que pueden ser aplicados al suelo para su mejoramiento y favorecer en el crecimiento de las plantas. Comúnmente los biosólidos son incinerados o llevados a rellenos sanitarios y debido a esta practica se ha generado contaminación a los mantos freáticos y/o la atmósfera. Los biosólidos contienen además con patógenos (Salmonella, huevos de helminto, Coliformes fecales) una concentración alta de olor y la atracción de los vectores. Se han reportado diversas técnicas de estabilización de los biosólidos, la estabilización alcalina, digestión anaerobia, digestión aerobia, composteo (USEPA. 1995); Otra alternativa de estabilizar a los biosólidos es por medio del vermicomposteo que se realiza a base de lombrices (Eisenia andrei, Eisenia fétida) generando humos que incrementa la materia seca de los cultivos (Albuzio et al. 1994), el crecimiento de la raíz y la parte alta de la planta; la productividad se debe a la actividad hormonal de los ácidos humicos debido a su implicación de la respiración celular, fotosíntesis, fosforilación oxidativa, síntesis de proteína y varias reacciones enzimáticos (Atiyeh et al. 2002). Además tiende a disminuir la concentración de metales pesados, olores y patógenos. Este producto denominado vermicomposta permite aumentar la disponibilidad de los nutrientes para las plantas (Cardosa et al. 2000; Elvira et al. 1997; Edwars et al., 1996; Maboeta et al, 2002; Contreras- Ramos et al. 2004). Se ha hecho estudios relevantes de vermicomposta de biosólidos en combinación de excreta con rastrojo de avena, residuos de madera, residuos de vegetales (Contreras-Ramos et al. 2005, Maboeta et al. 2003; Ndegwa et al 2001., Elvira et al., 1997, Shanthi et al 1993). El biosólido presenta características que pueden ser utilizadas para el mejoramiento del suelo, agricultura, jardinería o silvicultura. Su alto contenido en nitrógeno puede ser aprovechado para el cultivo de plantas. El biosólido estabilizado es recomendable debido a que existe una disminución de patógenos y asegura un manipuleo saludable para el hombre cuando es aplicado al suelo. Además de proporcionar beneficio a la planta, el suelo también es beneficiado cuando presenta deficiencia de macronutrientes como es el caso de nitrógeno, las actividades antropogénicas o la erosión son unos de las principales causas que ocasionan la deficiencia de macronutrientes en el suelo. La planta de fríjol puede tener un desarrollo primordial cuando se le es aplicado alrededor de 60-80 Kg N por hectárea sin la inoculación de Rhizobium (INIFAP 2003). Esta leguminosa es de crecimiento rápido y cuenta con la capacidad de crecer en suelos pobres. El objetivo de este trabajo experimental consiste en comparar los fertilizantes orgánicos e inorgánicos, aplicados al suelo con plantas de fríjol cultivadas en columnas bajo condiciones de invernadero. MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizó suelo agrícola de Acolman, Estado de México, se muestrearon tres sitios de 0-15 cm. de la capa superficial. El biosólido fue obtenido de Reciclagua 2
Sistema Ecológico de Regeneración de Aguas Residuales Industriales., S.A. de C. V. de Lerma, Edo. de México proveniente de industrias de levadura y café y aguas residuales municipales (Franco-Hernández et al. 2003). La vermicomposta fue obtenida por el método de Contreras-Ramos et al. (2005) y el fertilizante inorgánico comercial utilizado fue Triple 17 (17%N, 17%P, 17%K). El Biosólido fue estabilizado con Ca(OH) 2 ajustándolo a un ph de 12 para la minimizar los olores y la eliminación de patógenos Coliformes fecales, Salmonella ssp., Shigella ssp., huevos de helminto (USEPA. 1995); se determinó la cantidad de NH + - 4 y NO 3 contenido en el biosólido estabilizado, vermicomposta además se calculó la cantidad de nitrógeno presente en el fertilizante inorgánico comercial. Se le agregó el equivalente de 80 Kg N/ha a cada columna. En total se obtuvo tres tratamientos, tres sitios con tres replicas., los tratamientos obtenidos fueron: suelo-biosólido estabilizado, suelo-vermicomposta, suelo-fertilizante y un control. Se sembraron plántulas de fríjol en las columnas germinadas en algodón húmedo durante 20 días. Este experimento se realizó en condiciones de invernadero, durante 2 meses. Se determinaron las características morfológicas de la planta como y la concentración de NH + 4, NO - - 3, NO 2 en el suelo por medio de SKALAR analytical SAN PLUS ANALYZER, además se determinó el ph en el suelo con 1:2.5 (suelo:agua) usando una suspensión a 716 DMS Tritinio ph metro (Metrohm, CH-9101 Herisau, Switzarland) adecuado con un electrodo de vidrio (Thomas 1996). RESULTADOS Y DISCUSION En el día cero el ph en el tratamiento con biosólido era de 8.8 decrementandose en los días posteriores 30 y 60 hasta alcanzar a un ph de 7.7 lo que ocasionó una inhibición en el proceso de nitrificación debido a la alcalinidad que se presentaba en este tratamiento; En la figura 1, 2 y 3 se muestra que la mayor concentración de N-NH + 4 se presentó en el tratamiento con biosólido estabilizado debido a que la forma predominante del nitrógeno se encontraba en forma de N-NH + 4., diferente a el tratamiento con vermicomposta que se encontraba en la forma de N-NO - 3 ; en los tratamientos de con vermicomposta y fertilizante el ph fue de 7.2. - La mayor concentración obtenida de N-NO 3 fue en el tratamiento con vermicomposta y con biosólido, alcanzando una concentración de 38 y 29 mg N- NO - 3 kg ss -1 respectivamente; en el control alcanzó una concentración de 18 mg N-NO - 3 kg ss -1 semejante al tratamiento con fertilizante inorgánico. En el día 30, el tratamiento con biosólido se tenía un ph de 8.0, ocasionando una inhibición en la - nitrificación. La concentración de N-NO 3 se incrementó en el tratamiento con biosólido debido a la disminución del ph a 7.7 favoreciendo la mineralización del nitrógeno al día 60. La mayor velocidad de crecimiento de las plantas fue de 0.54 cm día -1 en el tratamiento con vermicomposta y la menor velocidad con el tratamiento con biosólido de 0.30 cm día -1 (ver tabla I). Esto fue debido a que el biosólido fue estabilizado con Ca(OH) 2 lo que ocasionó un incremento del ph a 8.8 en el suelo al ser mezclado este tratamiento causando una inhibición por alcalinidad. En el día 60 las plantas presentaron vainas excepto en el tratamiento con biosólido estabilizado. El peso seco fue mayor en un 30% en los tratamientos con 3
vermicomposta y fertilizante inorgánico y un 70% menor en el tratamiento con el biosólido estabilizado. Concentración de NH4+ mg/kg ss 125 100 75 50 25 0 Biosólido Día 0 Día 30 Día 60 Fertilizante Figura 1. Variación de la concentración de NH 4 + mg kg -1 s.s. en los tratamientos como fuente de nitrógeno. 4,0 Concentración de NO2- mgn/kg ss 3,2 2,4 1,6 0,8 Día 0 Día 30 Día 60 0,0 Biosólido Control Fertilizante Vermicomposta Figura 2. Variación de la concentración de NO 2 - mg kg -1 s.s. en los tratamientos como fuente de nitrógeno. 4
Concentración de NO3- mgn/kg ss 100 80 60 40 20 Day 0 Day 30 Day 60 0 Biosólido Fertilizante Figura 3. Variación de la concentración de NO 3 - mg kg -1 s.s. en los tratamientos como fuente de nitrógeno. Característica de la Planta Tabla I. Características físicas de la planta de fríjol en 90 días. Control Biosólido estabilizado Vermicomposta Fertilizante LSD a SE b Peso seco 3.31 3.06 4.07 3.67 0.69 Velocidad de 0.5 A 0.30 B 0.54 A 0.54 A 0.07 crecimiento a Standard error of the estimate b Minimum significant difference CONCLUSIONES Todos los tratamientos presentaron mineralización de nitrógeno, excepto con biosólido debido al ph. El mayor aporte de nitratos al suelo fue con vermicomposta. La concentración de nitrógeno amoniacal fue mayor en el tratamiento con biosólido. El desarrollo de las plantas fue similar, excepto en el tratamiento con biosólido debido a la alcalinidad. El peso seco fue mayor en el tratamiento con vermicomposta, lo que indica que ésta presenta una mayor disponibilidad de nutrientes comparado con los tres tratamientos. 5
AGRADECIMIENTOS Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y al Centro de Investigación de Estudios Avanzados del I. P. N. (CINVESTAV). REFERENCIAS Atiyeh R. M., Domínguez J, Subler S, Edwards CA. (2000). Changes in biochemical propiers of cow manure during processing by earthworms (Eisenia andrei, Bouche) and the effects on seedling growth. Pedobiologia. 44, 709-724. Cardosa Vigueros, Ramírez Camperos. (2002) Vermicompostingof sweage sludge: a new technology for México. Water Sci Technol. 46, 153-158. Contreras-Ramos S. M., E. M. Escamilla-Silva, L. Dendooven. (2005). Vermicomposting of biosolids with cow manure and oat straw. Biol. Fertil. Soils. 41, 190-198. CNA (2003) Comisión Nacional del Agua. Estadísticas del Agua en México. http://www.cna.gob.mx C. Elvira, L. Sampedro, E. Benítez & R. Nogales. Vermicomposting of sludge from paper mill and dairy inductries with Eisenia andrei: a pilot scale study. Bioresource Technology. 63, 205-211. Franco-Hernández Olivia, Mckelligan-González Alba Natalia, Lopez-Olguin Ana Maria, Espinosa-Ceron Fabiola, Escamilla-Silvia Eleazar, Dendooven Luc. (2003). Dynamics of carbon, nitrogen and phosphorus in soil amanded with irradiated, pasteurized and limed biosolids. Biores. Technol. 87, 93-102. Ndegwa P.M.,. Thompson S.A (2001). Integrating composting ad vermicomposting in the treatment and bioconversion of biosolids. Bioresource Technology. 71, 5-12. Maboeta M.S. and van Rensburg L.. (2003) Vermicomposting of industrially produced woodchips and sewage sludge utilizing Eisenia fetida. Ecotoxicology and Enviromental Safety. 56, 265-270. Reyes Jiménez J. A., Moreno Gallegos T., Loaiza Meza A., Martínez Alvarado C. O.. Siembra y Utilización de Leguminosas de Uso Múltiple en Áreas de Temporal, Centro de Investigación Regional del Noroeste Campo Experimental Sur de Sinaloa. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) 2003. ISSN 1405-3896. 21 pag. Shanthi, NR; Bhoeyr, RV; Bhide, AD. (1993). Vermicompsting of vegetable waste. Compost Science & Utilization. 1, 27-30. Sikora LJ, Enkiri NK. (1999). Growth of tall fescue in compost/fertilizer blends. Soil Science. 1, 62-69. USEPA (1995) A guide to the bisolids risk assessment for the EPA Part 503 Rule EPA/B32-B-93-005. United States Environmental Protection Agency Office of Wastewater Management, Washington, D.C. 6