Caracterización de composta obtenida de la cama profunda utilizada en la ceba de cerdos

E Cruz, R E Almaguel, C M Mederos, Y Cordero y J Ly

Instituto de Investigaciones Porcinas (IIP), Carretera del Guatao km 1 ½. Punta Brava. La Lisa. Ciudad Habana. Cuba. C.P. 19200
ecruz@iip.co.cu   ;   georcruz@infomed.sld.cu

Resumen

El sistema de producción de cerdos en cama profunda actualmente ha tomado importancia tanto en términos productivos como sociales en Cuba, como una alternativa en la producción porcina a pequeña escala. El presente trabajo refiere los estudios físico-químicos (materia orgánica, nitrógeno, fósforo, relación carbono/nitrógeno, pH y temperatura) y microbiológicos (coliformes fecales, Salmonella sp y huevos de helmintos) realizados a la composta generada de este sistema en el Instituto de Investigaciones Porcinas. Se caracterizó la composta después de dos ciclos de crianza de 106 días cada uno. Los resultados microbiológicos fueron transformados a Log₁₀ (X+1) y para el procesamiento estadístico de los parámetros químicos y microbiológicos se aplicó análisis de varianza, mediante un modelo matemático de clasificación simple.

Este residuo presentó un contenido relativamente alto de materia orgánica oxidable, con un pH cercano al neutro y valores de temperatura en el rango termofílico. El nivel de nitrógeno que se reporta (0.97 %) es comparable a lo establecido internacionalmente para los diferentes biosólidos y no se registró presencia de fósforo. No hubo presencia de Salmonella sp. y no se encontraron huevos de helmintos al final de dos ciclos de crianza. Se concluye que la composta  procedente del sistema de cama profunda para la ceba de cerdos, del Instituto de Investigaciones Porcinas, constituye una fuente potencial de nutrientes para ser aplicada en la agricultura como fertilizante orgánico y no representa riesgos desde el punto de vista microbiológico. Se recomienda evaluar la utilización de este residuo una vez estabilizado como abono orgánico en diferentes cultivos.

Palabras claves: cerdos, fertilizante orgánico, materia orgánica, relación C/N, Salmonella sp.

Characterization of compost obtained from the deep bedding used in pig fattening

Abstract

The pig production system in deep bedding is now very important in Cuba, in productive and social terms, as an alternative for small-scale pig production. This paper concerns the physical-chemical studies (organic matter, nitrogen, phosphorous, rate carbon/nitrogen, pH and temperature) and microbiological studies (fecal coliforms, Salmonella sp and helmint eggs) made to the compost generated from this system in the Swine Research Institute. Was characterized the compost after two breeding cycles of 106 days each. Microbiological results were transformed to log10 (x +1) and the statistical analysis of the chemical and microbiological parameters was applied to analysis of variance, using a mathematical model of simple classification.

This residue showed a relatively high content of oxidizable organic matter, with a near neutral pH and thermophilic temperature values. The nitrogen level reported (0.97 %) is comparable to the internationally established rules for different biosolids and there was no presence of phosphorus. There was no presence of Salmonella sp. or helmints eggs at the end of two cycles of breeding. It was conclude that the compost from the deep bedding system for fattening pigs, in the Swine Research Institute, is a potential source of nutrients to be applied in agriculture as organic fertilizer and does not represent risks from microbiological point of view. It was recommended to evaluate the use of this waste once stabilized as organic fertilizer in different crops.

Keywords: organic fertilizer, organic matter, pigs, ratio C / N, Salmonella sp.

Introducción

La producción porcina a pequeña escala con el sistema de cama profunda actualmente ha tomado mayor importancia tanto en términos productivos como sociales en Cuba, debido a la necesidad de incrementar la producción de carne de cerdo en el país y la disponibilidad de esta fuente de proteína para la alimentación de la población, con menor impacto ambiental y cumpliendo las normativas establecidas  por el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (Cruz et al 2009).

Este sistema permite reducir la cantidad de líquidos residuales emitidos al ambiente, provenientes del lavado de los corrales en la crianza tradicional y los materiales usados como cama  sufren un proceso de compostaje in situ debido a la permanente incorporación de las excretas de los cerdos (Campiño y Ocampo 2007), lo cual facilita el manejo de los residuales líquidos y  genera una fuente de materia orgánica en forma de composta que puede ser usada posteriormente como abono orgánico (Uicab-Brito 2004).

Los campos de aplicación de la composta son amplios y se basan principalmente en los requerimientos de las plantas y en la falta de nutrimentos del suelo. Esta fuente de materia orgánica puede empelarse como mejorador de suelos, en cultivos de invernadero, como inóculo para la producción de otra composta,  así como, para incrementar la biomasa y el rendimiento de las plantas (Utria et al 2006, Uicab-Brito 2004). Por esta razón se puede decir que los usos de la composta redundan en beneficio al productor, en este caso al porcicultor, porque es una técnica de conversión de sus residuos a un bajo costo. Por otro lado, también puede aplicarse en cultivos caseros como las hortalizas e incluso cuando la producción es elevada puede utilizarse en pastos a nivel de hectáreas o en algún otro cultivo que se tenga en proceso.

Sin embargo, su aplicación en los suelos agrícolas puede presentar algunos aspectos negativos, como son la presencia de metales pesados y microorganismos patógenos, los cuales en concentraciones elevadas pueden afectar las características de los suelos y generar intermedios metabólicos que interfieren en el desarrollo y rendimiento de las plantas (Zucconi et al 1981, Utria et al 2006). Es por ello que se hace imprescindible un control  adecuado de la disposición final de estos residuos que permita potenciar el valor de los componentes útiles y reducir la peligrosidad de los otros.

El presente trabajo refiere los resultados obtenidos en los estudios físico-químicos y microbiológicos realizados a la composta generada del sistema de cama profunda en la ceba de cerdos, del Instituto de Investigaciones Porcinas. 

Materiales y métodos 

La experiencia se desarrolló en las instalaciones del Instituto de Investigaciones Porcinas situado en la provincia de Ciudad de la Habana.  

Se realizaron dos ciclos de crianza de 106 días cada uno con una diferencia de siete días entre ambos ciclos. Se utilizaron 72 animales en cada  ciclo (hembras y machos castrados) de la raza Yorkshire Landrace, cruce Camborough, de aproximadamente 21,0 kg de peso vivo y 75 días de edad como promedio.  En ambos ciclos de crianza los cerdos fueron distribuidos en un diseño de bloques al azar en dos tratamientos con cuatro repeticiones: cama profunda (piso de tierra con cama de bagazo de caña de azúcar seco (Saccharum officinarum) (80%) y heno de gramíneas (20 %) en la superficie, para evitar el contacto directo de materiales ásperos con los animales y piso de concreto sólido (sistema de crianza tradicional). La cama estudiada se ubicó a 40 cm por debajo del nivel de la tierra y alcanzó una altura de 55 cm. 

Se caracterizó la composta después de dos ciclos de crianza de 106 días cada uno, desde el punto de vista físico-químico: materia orgánica (MO), nitrógeno total (Nt), fósforo total (Pt), relación carbono/nitrógeno (C/N), pH y temperatura (T) y microbiológicamente con la determinación de coliformes fecales, Salmonella sp y huevos de helmintos. Los muestreos realizados estuvieron a cargo del Departamento de Estudios sobre Contaminación Ambiental (DECA) del Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Cuba (CNIC) y del Instituto de Investigaciones Porcinas de Cuba (IIP). La metodología empleada para la obtención y procesamiento de las muestras fue la establecida por el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente de Cuba, CITMA (1999).

Obtención de la muestra de residuo sólido (composta) obtenida de la cama de bagazo y heno de gramíneas

Las muestras se tomaron en condiciones asépticas, empleando frascos con tapa de rosca o bolsas estériles de nylon. El procedimiento de muestreo de las camas se realizó acorde a Franjo et al (1998), consistió en tomar  pequeñas cantidades al azar del material de las camas en diferentes locaciones del corral y a diferentes profundidades (superficie, 25 cm de profundidad y fondo de las camas). El material obtenido de los corrales con cama se mezcló uniformemente y se  dividió en cuatro partes (cuarteo), mediante dos diámetros perpendiculares, de los cuales se recogieron dos cuadrantes opuestos. Los residuos contenidos en éstos se homogenizaron y se extendieron en forma de torta, repitiéndose la misma operación hasta que la media obtenida del cuadrante fue aproximadamente de 10 kg. De una de las cuatro partes se tomó una cantidad cuyo peso osciló alrededor de 2 kg que fue la muestra a analizar. Posteriormente se separó 1 kg para el análisis físico–químico y 1 kg para el análisis microbiológico.

Procesamiento de la muestra sólida para análisis fisicoquímico

Se trituró 1 kg de muestra sólida en el homogenizador Waring comercial (EE. UU). Para evaluar el pH se realizó una suspensión en agua destilada de 0,2 g ml^-1. El resto de la muestra triturada se empleó sin otro procesamiento para la determinación de peso seco, fósforo total y nitrógeno total.

Procesamiento de la muestra sólida para análisis microbiológico

Se pesó 10 g de la muestra sólida y se trituró en un homogenizador Waring comercial (EE. UU) que tiene acoplado un aditamento de acero inoxidable para pulverizarla. Posteriormente, se suspendió 4g de materia fresca triturada en 36ml de agua destilada estéril y se obtuvo una dilución de 10^-1, se mezcló durante 2 ó 3 min empleando agitador magnético hasta completar la suspensión y lograr la solución madre resultante. Para la preparación de las diluciones decimales se transfirió asépticamente 1ml de la solución madre en 9ml de agua destilada estéril, obteniéndose una dilución de10^-2, posteriormente se homogenizó, mediante agitador magnético de tubo y se transfirió 1ml de esta dilución en 9 ml de agua destilada estéril, se homogeneizó y se obtuvo una dilución de 10^-3 y así sucesivamente para el resto de las diluciones hasta 10^-8. Las diluciones obtenidas fueron usadas como muestras de análisis.

En las tablas 1 y 2 se informan los ensayos empleados en la determinación de la composición físico-química y la caracterización microbiológica de las muestras en estudio.

Se registró diariamente la temperatura de la cama a 30 cm de profundidad en los horarios de 9:00 a.m, 1:00 p.m y 4:00 p.m, con un termómetro digital portátil.

Los resultados microbiológicos fueron transformados a Log₁₀ (X+1) y para el procesamiento estadístico de los parámetros químicos y microbiológicos se aplicó un análisis de varianza acorde con Steel et al (1997), mediante un modelo matemático de clasificación simple. Se empleó el paquete estadístico SAS (1997) para procesar y manipular los datos.

Resultados 

En la tabla 3 aparecen los resultados de los indicadores físico-químicos estudiados.

Se observa que este residuo sólido presenta un contenido relativamente alto de materia orgánica oxidable, con un pH cercano al neutro y valores de temperatura que se encuentran en el rango termofílico. El nivel de nitrógeno que se reporta es comparable a lo establecido por la USEPA (1993) para los diferentes biosólidos y no se registró presencia de fósforo.

La tabla 4 refiere los resultados obtenidos en cuanto a la caracterización microbiológica de la composta.

Los resultados obtenidos en coliformes fecales se encuentran dentro de los límites establecidos por la USEPA (1993). No hubo presencia de Salmonella sp. y no se encontraron huevos de helmintos al final de dos ciclos de crianza, sin embargo estos son aspectos imprescindibles a controlar al final de cada ciclo de crianza para valorar el retiro a tiempo de la cama en caso de deterioro y evitar problemas sanitarios posteriores.

Discusión 

Los mayores constituyentes en la composta de bagazo y heno estudiada están representados por la MO oxidable y el  nitrógeno, lo cual indica que la procedencia de este residuo sólido es fundamentalmente de origen agropecuario (obtenido por tratamiento de heces animales mezcladas con materias orgánicas animales y vegetales), es por ello que presenta una carga orgánica importante, no obstante,  el nivel de nitrógeno que se reporta es comparable a lo establecido por la USEPA (1993) para los diferentes biosólidos utilizados en la agricultura.

La ausencia de fósforo en la composta pudiera estar relacionada con variaciones de las condiciones ambientales, ya que este valor no es único y constante, y está estrechamente vinculado al contenido de fósforo en las excretas, a la acidez y humedad del sustrato, al tipo de sustrato o material que se utiliza y a las características de la materia orgánica presente en el material de cama que se utilize, entre otros, (Rojas 2009).

La relación C/N se encuentra por encima del rango establecido por la USEPA (1993) y el Real decreto 824 (2005), la cual varía desde 8/1 hasta 40/1. Esta alta relación muestra que la MO presente en la composta, es un material no estabilizado, que no posee un grado avanzado de mineralización y requiere la degradación de sustancias complejas a moléculas simples por parte de la microbiota presente en la misma (Klamer y Balath 1998, Tiquia 2005), o sea, un mayor número de generaciones de microorganismos, y por ende, mayor tiempo para alcanzar una relación C/N entre 12 y 15 %, considerada apropiada para uso agronómico (Marchoil et al 1999, Rodríguez-Salinas y Rojas 2000, Rivero et al 2001). Teniendo en cuenta estos resultados,  la composta de bagazo y heno de 55 cm de profundidad después de dos ciclos de crianza, no debe ser incorporada al suelo en este momento, ya que a pesar de constituir una fuente potencial de nutrientes, estos no serán asimilados por las plantas en un breve plazo después de su aplicación.

Es de señalar que los residuos de origen vegetal (cáscara de arroz, paja de arroz, bagazo de caña, etc) presentan por lo general una relación C/N elevada, en contraparte con los de origen animal (Golueke y Díaz 1990, Sztern y Pravia 2001), debido a la presencia de ligninas y otros productos de alta resistencia al ataque microbiano (Utria et al 2006).

Corrêa et al (2009) comparó el efecto de utilizar diferentes profundidades de cama en la crianza de cerdos en crecimiento-ceba, sobre las características químicas y microbiológicas del material de cama. Las camas estudiadas estaban constituidas por cáscara de arroz, con profundidades de 0.50 y 0.25 metros y se reportaron niveles en la relación C/N de 28.2/1 y 24.9/1, respectivamente. A pesar de que la cama de 0.25 m mostró mayor eficiencia en la biodegradación de la cáscara de arroz a fertilizante orgánico que la cama de 0.50 m, la composta producida en ambas camas no se consideró un material estable debido a que la relación C/N se encontraba por encima de 15/1, límite establecido para considerar estable una composta. Sin embargo Utria et al (2006) obtuvo resultados en la relación C/N de 10/1, al evaluar la composición química y microbiológica de los biosólidos de aguas residuales urbanas, con una carga orgánica considerable proveniente de aguas albañales y del lavado y cocción de alimentos,  debido precisamente a que estos residuos poseen bajos contenidos de ligninas y de productos resistentes al ataque microbiano.

Una alternativa para garantizar el uso de esta composta en estado óptimo, podría ser terminar de compostar la cama fuera de la instalación y enriquecerla con otros materiales de origen vegetal y animal, ya que incrementar el número de ciclos de crianza sobre la misma cama, puede constituir un riesgo para la salud animal.

El pH registrado fue 7.1, es importante señalar que el pH cercano al neutro (pH 6.5-7.5), ligeramente ácido o ligeramente alcalino asegura el desarrollo favorable de la gran mayoría de los grupos fisiológicos en la composta (Uicab-Brito, 2004). Valores de pH inferiores a 5.5 (ácidos) o superiores a 9  (alcalinos) inhiben el crecimiento de la gran mayoría de los grupos fisiológicos. En el proceso de compostaje se produce una variación natural del pH que es necesaria y va acompañada por una sucesión de microorganismos.

La temperatura registrada estuvo en el rango termofílico. El proceso de estabilización de la composta comienza a temperatura ambiente debido a la actividad de los microorganismos mesófilos, pero en la medida que la actividad microbiana se intensifica, la temperatura en el interior de la composta se incrementa por la descomposición de la materia orgánica presente (Larney et al 2000, Tiquia et al 2002, Ishii y Takii 2003) y  gradualmente los microorganismos temófilos reemplazan a los mesófilos (Kapuinen 2001, Tang et al 2004). Por tanto, los cambios que ocurren durante el proceso de estabilización de la cama pudieran afectar el confort de los cerdos en la etapa final de la ceba, situación que depende del material usado como cama y de la profundidad de la misma (Corrêa et al 2009), así como, de las condiciones climáticas de la zona donde se implemente esta tecnología.

Es por ello que el control de este parámetro durante el ciclo de crianza es imprescindible y constituye un punto crítico, por lo que es necesario tomar medidas de refrescamiento, tales como, utilizar una altura del techo de la instalación entre 2.00 y 2.60 m o más, la orientación de la misma a favor de los vientos predominantes en la zona,  garantizar una vegetación  en los alrededores que ofrezca sombra y ventilación, colocar respiraderos cuando las paredes laterales son de bloques o ladrillos a 30 cm del fondo de la cama, para lograr la entrada de aire a la cama y la salida de los gases, en los meses de verano y en zonas de altas temperaturas se puede colocar un falso techo de 30 a 40 cm de espesor hecho de materiales vegetales secos que permitan aislar el calor y garantizar un ambiente fresco en el interior de la instalación, así como otras medidas que el propio porcicultor sea capaz de innovar y propicie el bienestar animal (Cruz et al 2007).

Los resultados obtenidos en los indicadores microbiológicos analizados, no constituyen una limitante para la disposición final de la composta, ya que los valores reportados para coliformes fecales, Salmonella sp y huevos de helmintos se encuentran en el rango establecido por la USEPA (1993) para ser aplicado en suelos agrícolas. Es importante incorporar la masa animal al sistema de cama profunda desparasitada previamente y después con la periodicidad requerida, ya que este aspecto constituye un punto crítico de la tecnología (Cruz et al 2007).

Conclusiones 

• La composta  procedente del sistema de cama profunda para la ceba de cerdos, del Instituto de Investigaciones Porcinas constituye una fuente potencial de nutrientes para ser aplicada en la agricultura como fertilizante orgánico y no representa riesgos desde el punto de vista microbiológico.

  
  

• Se recomienda evaluar la utilización de este residuo una vez estabilizado como abono orgánico en diferentes cultivos.

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