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DINÁMICA DE CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO Y SU RELACIÓN CON pH Y LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN COMPOSTA

Microbiological Growth Dynamic and its Relationship with pH and Electrical Con-ductivity in Compost

Maria del Rosario Jacobo-Salcedo1*, Lourdes Lucía López-Romero2, Jesús Arcadio Muñoz Villalobos1, Uriel Figueroa Viramontes3

1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Centro Na-cional de Investigación Disciplinaria (CENID), Relación Agua-Suelo-Planta-Atmosfera (RASPA).

Km. 6.5 Margen Derecho Canal Sacramento, Gómez Palacio, Durango C.P. 35140. 2 Centro de Investigación en Materiales Avanzados S.C. (CIMAV) Unidad Durango. Victoria 147

Norte. Zona Centro. 34000 Durango.3 INIFAP, Centro Experimental La Laguna. Blvd. José Santos Valdez 1200 Pte. Col. Centro, Ma-

tamoros Coahuila C.P. 27440e-mail: jacobo.rosario@inifap.gob.mx

RESUMENLos desechos orgánicos poseen potenciales

nutritivos variables y una capacidad de composteo diferente. El uso de compostas en el sector agrí-cola se ha generalizado como un sistema de ferti-lización y mejoradores de suelos. La problemática radica en la propagación de enfermedades genera-das por composteo incompleto o nulo del estiércol. Ante la necesidad de un monitoreo microbiológico se deben conocer las condiciones de composteo idóneas para evitar en medida de lo posible la pro-pagación de bacterias latentes; es decir, con po-tencial patogénico. Este trabajo evaluó el tiempo de composteo necesario y las condiciones de pH, conductividad eléctrica y el crecimiento de Salmo-nella spp. El trabajo se realizó en las instalaciones del CENID RASPA. Los tratamientos empleados fueron seis proporciones de estiércol y rastrojo de maíz con cuatro repeticiones. El método para rea-lizar la cuantificación de Salmonella spp. fue por la técnica de tubos múltiples o número más probable (NMP). Los resultados obtenidos mostraron que la concentración de Salmonella spp. es mayor a los 15 días en el tratamiento 6 (60-40% estiércol –ras-trojo) lo que muestra una relación carbono- nitróge-no más efectiva para el crecimiento microbiológico. Al tiempo 4 (62 días) las concentraciones de los microorganismos muestran un decaimiento a los

niveles requeridos por las regulaciones para evitar la propagación de enfermedades que esta bacte-ria genera. El análisis estadístico no muestra una diferencia significativa P=0.220. Las compostas producidas bajo las proporciones experimentales planteadas cumplen con la NOM-004-SEMAR-NAT-2002 con las concentraciones permisibles menores a 300 NMP 4g-1 ST. Lo cual garantiza la inocuidad de la composta bajo los criterios estable-cidos. El tratamiento de los biosólidos, y el resulta-do final en términos microbiológicos se encuentran fuertemente condicionados por un gran número de factores como lo son el tipo de sustrato, la mezcla de los mismos, el clima local y las mismas condi-ciones ecológicas del sitio.

Palabras clave: Salmonella spp., Composta, Inocuidad, NOM-004-SEMARNAT-2002

SUMMARYThe organic waste has potential nutritional

variables and different composting capacity. The use of compost in agriculture is widespread as a system of fertilization and soil improvers. The pro-blem lies in the spread of diseases generated by incomplete or no manure composting. Beside the need of microbiological monitoring, the conditions of a good compost should be known to avoid as far

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as possible the spread of latent bacteria with pa-thogenic potential. This study evaluated the neces-sary composting time, the pH conditions, electrical conductivity and growth of Salmonella spp. The work was done at the CENID RASPA facilities. The treatments used were six proportions of manure and corn stover with four replications. The method for quantifying Salmonella spp. was by the tech-nique of multiple pipes or most probable number (MPN). The results showed that the concentration of Salmonella spp. was greatest at 15 days in the treatment 6 (60-40% manure- corn stover) which showed a more effective carbon-nitrogen ratio for microbiological growth. At the time 4 (62 days) concentrations of microorganisms show a decay to levels that require regulations to prevent the spread of disease this bacterium produces. The statistical analysis shows no significant difference P = 0.220. The compost produced under the expe-rimental raised proportions comply with the NOM-004-SEMARNAT-2002 in the lowest allowable con-centrations to 300 MPN 4g-1 ST. Which guarantees the safety of the compost under the established criteria. The treatment of biosolids and the micro-biological result are strongly influenced by a large number of factors such as the type of substrate, the mixtures, the local climate and the same ecological conditions of the site.

Keywords: Salmonella spp., Compost, Safety, NOM-004-SEMARNAT-2002

INTRODUCCIÓNLa base de un sistema agrícola sostenible se

fundamenta en el recurso edafológico y el hídrico como fundamentos de un suelo fértil y saludable lo que permitirá hacer frente al reto de seguridad ali-mentaria en el mundo. Ante la necesidad de hacer frente a la problemática de seguridad alimentaria, el cambio climático y la conservación de suelos, generar una agricultura más productiva requerirá de una mejor gestión de los recursos naturales (agua, suelo y recursos genéticos), mediante dife-rentes alternativas como lo puede ser agricultura

de conservación, nutrición integrada y la conserva-ción de materia orgánica entre otras (FAO, 2013).

Los desechos orgánicos poseen potenciales nutritivos variables y una capacidad de composteo diferente. El uso de compostas en el sector agrí-cola se ha generalizado no solo como un sistema de fertilización sino también como un proceso de mejoramiento de suelos (López-Calderón, et al., 2015). El compostaje por definición es un proce-so biológico aeróbico, mediante el cual los orga-nismos actúan sobre el material rápidamente bio-degradable, obteniendo “compost” el cual es un conjunto de nutrientes para el suelo que mejora la estructura y ayuda a reducir la erosión y favorece la absorción de agua para las plantas (FAO, 2013).

En la Comarca Lagunera se tiene una impor-tante producción lechera con más de 400,000 cabezas de ganado (Figueroa-Viramontes et al., 2010); por lo cual, un insumo de composteo im-portante es el estiércol bovino. El compostaje proporciona la posibilidad de transformar de una manera segura los residuos orgánicos en insumos para la producción agrícola. El uso de un material que no haya finalizado correctamente el proceso de compostaje puede acarrear riesgos como: Fito-toxicidad, bloqueo biológico del nitrógeno (también conocido como “hambre de nitrógeno”), reducción de oxígeno radicular y exceso de amonio y nitratos en las plantas (FAO, 2013).

El composteo es un proceso biológico como se mencionó con anterioridad, que puede generarse en condiciones aeróbicas o anaeróbicas con la adecuada humedad y temperatura se garantiza una transformación inocua de los restos orgánicos y se asegura un material asimilable para las plan-tas (López-Calderón et al., 2015).

La fertilización tiene un efecto sobre la dinámica de los microorganismos del suelo, los cuales desa-rrollan diferentes funciones, entre las que destacan la formación de humus, participación en los ciclos de nutrientes, descomposición de compuestos y la formación de agregados(Wu et al., 2011). Sin

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embargo, la función biológica de estos microrga-nismo nativos del suelo se ve irrumpida al adicio-nar compostas biológicamente no estabilizadas; es decir, materiales patógenos que por su capacidad reproductiva puedan alterar el ambiente y a su vez contaminar la producción agrícola. Los principales microorganismos encontrados en los estiércoles son los coliformes fecales, y una de las bacterias de mayor capacidad patogénica es la Salmonella spp. La bacteria Salmonella posee aproximada-mente 2500 serotipos (Grimont & Weill, 2007),la habilidad de esta bacteria a resistir condiciones climáticas adversas genera su alto potencial pa-togénico y contaminante (Grimont & Weill, 2007; OIE, 2008). Es por ello, de la importancia de mo-nitorear las condiciones finales de las compostas generadas o de los estiércoles solarizados antes de su aplicación agronómica. La propagación de enfermedades por esta bacteria es sumamente alta sobre todo cuando la producción es de con-sumo directo. Ante la necesidad de monitoreo microbiológico se beben conocer las condiciones de composteo idóneas para evitar en medida de lo posible la propagación de la bacteria latente; es decir, con potencial patogénico. Este trabajo pre-tendió evaluar el tiempo de composteo necesario y las condiciones preponderantes de pH y conducti-vidad eléctrica (CE) para eliminar esta bacteria de las compostas generadas.

MATERIALES Y MÉTODOSEl trabajo se realizó en las instalaciones del

CENID RASPA, ubicado en 25°35´ latitud norte, 103°27´longitud oeste, para la producción de la composta se utilizó estiércol bovino de engorda, dicho estiércol se trituró en partícula gruesa para reducir el tamaño mediante una aplanadora y se tamizo por malla hexagonal de 25 mm. Se realizó la incorporación de rastrojo de maíz previamente triturado a partículas de 5-10 cm dependiendo de los tratamientos establecidos.

Los tratamientos empleados en la producción de las compostas fueron Tratamiento 1: 100% -0%

maíz; Tratamiento 2: 75% -25%; Tratamiento 3: 50%-50%; Tratamiento 4: 25%-75%; Tratamiento 5: 90%-10%; Tratamiento 6: 60%-40% de estierco y rastrojo de maíz respectivamente.

Las compostas producidas se establecieron como pilas a cielo abierto, con riegos y movimien-to de las pilas según la necesidad. La temperatura se midió cada 3 días para evaluar el proceso de compostaje, las variables analizadas se evaluaron aproximadamente cada 15 días, el tiempo de tér-mino fue de 65 días.

El método para realizar la cuantificación de Salmonella spp. en las compostas se llevó a cabo mediante la técnica de tubos múltiples o núme-ro más probable (NMP), con el fin de evaluar su concentración bajo el proceso de composteo. Se evaluó la carga patogénica contaminante bajo el procedimiento del ANEXO IV de la Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Lodos y Biosólidos, Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovecha-miento y disposición final.

El diseño experimental fue un bloques al azar con 6 tratamientos y 4 repeticiones, el análisis esta-dístico de los datos se basó en un análisis de Nor-malidad de Shapiro-Wilk, (P<0.05) al momento de ser analizados se observó un comportamiento no normal por lo que fue necesario realizar trasforma-ciones de raíz cuadrada para la variable Salmone-lla, para pH y CE se desarrolló una trasformación logarítmica, se realizó un análisis de Varianza y una prueba de correlación de Pearson mediante el programa SPSS versión 8.0.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN La importancia de un monitoreo microbiológico

en abonos orgánicos como lo son las compostas es de relevante trascendencia por las implicacio-nes a la salud que con lleva al emplearse estas en cultivos de consumo humano directo o indirecto. La inocuidad es un parámetro de calidad de importan-cia en todos aquellos productos para importación

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y exportación así como de consumo local, debido a la propagación de enfermedades en su mayoría gastrointestinales.

Los resultados del presente trabajo presentan por tiempo de evaluación para hacer referencia al tiempo necesario para que el microorganismo pa-tógeno evaluado, Salmonella spp., baje a niveles permisibles por las normas mexicanas y colateral-mente evitar la propagación de enfermedades.

En el tiempo de evaluación de 0 (Figura1), este fue evaluado a las 24 horas posteriores al esta-blecimiento de los tratamientos, se determinó que no hay una correlación entre la concentración mi-crobiológica de Salmonella spp. con la fluctuación del pH o la CE. Es posible observar el rápido cre-cimiento de las proporciones 50-50% y en 90-10%

mientras que el resto de los tratamientos T1, T2 T4 y T6 no tuvieron un crecimiento tan notorio a este tiempo. El análisis estadístico muestra una diferen-cia no significativa entre tratamientos en el tiempo 0, P=0.693.

El tiempo 1 el cual se realizó a los 16 días del establecimiento les experimento, muestra un comportamiento semejante entre el crecimiento microbiológico y la dinámica de la conductividad eléctrica, en la Figura 2 se puede analizar detalla-damente la homogeneidad del pH; sin embargo, la variación tanto en Salmonella como la CE tiene un comportamiento símil. Al igual que en el tiempo 0, en el tiempo 1 no se muestra diferencia estadística-mente significativa entre los tratamientos analiza-dos en la concentración de Salmonella, P=0.202.

Figura 1. Comportamiento microbiológico en comparación con pH y CE en cada trata-miento en el tiempo 0. T1: 100% -0% maíz; T2: 75% -25%; T3: 50%-50%; T4: 25%-75%; T5:

90%-10%; T6: 60%-40% de estiércol y rastrojo de maíz respectivamente.

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Figura 2. Comportamiento microbiológico en comparación con pH y CE en cada trata-miento en el tiempo 1. T1: 100% -0% maíz; T2: 75% -25%; T3: 50%-50%; T4: 25%-75%; T5:

90%-10%; T6: 60%-40% de estiércol y rastrojo de maíz respectivamente.En la Figura 3 es posible observar que en el

tiempo 2 (30 días posteriores al establecimiento) las concentraciones de microorganismos descen-dieron drásticamente llegando a niveles dentro de la NOM -004-SEMARNAT -2002 con una carga de 300 NMP en los tratamientos 2 y 3. Es evidente la diferencia en los tratamientos 5 y 6 en los que

las concentraciones son más elevadas lo que ge-nera una diferencia estadísticamente significativa, P=0.004, en donde mediante la prueba de Tukey se indicaron dos grandes grupos, uno comprendi-do por los tratamientos 1, 2, 3 y 4, mientras que el otro por los tratamientos 5 y 6; coincidiendo con el comportamiento de los datos en el gráfico.

Figura 3. Comportamiento microbiológico en comparación con pH y CE en cada trata-miento en el tiempo 3. T1: 100% -0% maíz; T2: 75% -25%; T3: 50%-50%; T4: 25%-75%; T5:

90%-10%; T6: 60%-40% de estiércol y rastrojo de maíz respectivamente.

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En el tiempo 3 (Figura 4); es decir, a los 45 días posteriores al montaje del experimento se observó que las condiciones de pH bajan ligeramente, así

mismo se puede observar un ligero incremento en las condiciones microbiológicas en los diferentes tratamientos.

Figura 4. Comportamiento microbiológico en comparación con pH y CE en cada trata-miento en el tiempo 3. T1: 100% -0% maíz; T2: 75% -25%; T3: 50%-50%; T4: 25%-75%; T5:

90%-10%; T6: 60%-40% de estiércol y rastrojo de maíz respectivamente.

Al tiempo 4 (62 días) las concentraciones de los microorganismos muestran un decaimiento (Figu-ra 5) a los niveles que requieren regulaciones para evitar la propagación de enfermedades que esta bacteria genera. El análisis estadístico no muestra una diferencia significativa entre los tratamientos y las variables analizadas, P=0.220.

La cuantificación en cada tratamiento muestra un comportamiento similar en las proporciones de estiércol del 75, 60 y el 50 %; esto muestra que la conducta de la composta es más eficiente mi-crobiológicamente hablando por que no solo se

relaciona el crecimiento del patógeno sino que a su vez se puede observar que se tiene una mejor descomposición de la materia orgánica.

La concentración de Salmonella spp. es mayor en el tiempo 1 (Figura 6), tratamiento 6 es donde se tuvo una proporción de 60-40% estiércol -rastro-jo lo que muestra una relación carbono- nitrógeno más efectiva para el crecimiento microbiológico. Este comportamiento muestra lo esperado con-templando la carga biológica del estiércol y la si-nergia entre los sustratos empleados en el proceso de composteo.

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Figura 5. Comportamiento microbiológico en comparación con pH y CE en cada trata-miento en el tiempo 4. T1: 100% -0% maíz; T2: 75% -25%; T3: 50%-50%; T4: 25%-75%; T5:

90%-10%; T6: 60%-40% de estiércol y rastrojo de maíz respectivamente.

Figura 6. Crecimiento de Salmonella spp. en cada tratamiento en el tiempo en compara-ción con la NOM-004-SEMARNAT-2002. T1: 100% -0% maíz; T2: 75% -25%; T3: 50%-50%;

T4: 25%-75%; T5: 90%-10%; T6: 60%-40% de estiércol y rastrojo de maíz respectivamente.

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Los microorganismos del estiércol permiten la generación de un compost de calidad donde la ma-yor proporción de los nutrientes se encuentren dis-ponibles para el cultivo; adicionalmente, en el pro-ceso de compostaje se desintegran componentes y eliminan aquellos ácidos orgánicos que pudieran afectar el desarrollo de las plantas. El análisis de Correlación de Pearson muestra que no existe correación entre las variables de pH y CE con las concentraciónes de Salmonella en los diferentes tratamientos (Cuadro 1).

La contaminación por Salmonella spp. se pre-senta por diversas fuentes como lo pueden ser agua, suelo, fertilizante o el mismo aire, lo que genera como consecuencia la contaminación de alimentos. Estudios han reportado contaminantes como E. coli, Klebsiella spp. y coliformes fecales en diferentes vegetales asi como en el suelo, agua y fertilizantes empleados para la producción agrí-cola (Alam, et.al., 2015).

Dos parametros necesariamente evaluados en un sistema de composteo es el pH y la CE los cua-les muestran una posible fluctuación en las con-diciones del medio para que los microorganimos encargados del porceso de compostaje puedan

desarrollar su crecimiento normalmente. Investi-gaciones reportan un porceso de composteo con caña de azucar con una variación de pH de 7.0-7.7 y una CE de 0.55-0.67 dS m-1 (Pérez-Méndez, et al., 2011), estos datos contrastan en los obser-vados en estiercol bovino en este ensayo en donde el pH se mueve en el rango de los 10 y la CE de lo 2-2.5 dS m-1, se permite considerar la naturaleza propia de los sustratos y por ende la cantidad de sales que se tienen en ambos casos lo que en un momento determinado limita la condición de pro-pagación de algunos grupos bacterianos en par-ticular.

El tratamiento de los biosólidos, y el resultado final en terminos microbiologicos se encuentran fuertemente condicionados por un gran nume-ro de factores como lo son el tipo de sustrato, la mezcla de los mismos, el clima local y las mismas condiciones ecologicas del sitio (Fernández, et.al., 2004). La NADF-020, norma propuesta en el Dis-trito Federal, señala como condiciones optimas de pH un rango de 6.5-8 y una CE <4-12 dS m-1 para ser empleada como sustituto de suelo para maceta o en agricultura (NADF-020-AMBT, 2012).

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Cuadro 1. Análisis de Correlación entre las variables de Concentración de Salmonella spp, pH y CE en los diferentes tiempos de muestreo.

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CONCLUSIONESLas compostas producidas bajo las proporcio-

nes experimentales planteadas cumplen con la NOM-004-SEMARNAT-2002 con las concentra-ciones permisibles menores a 300 NMP 4g-1 ST. Lo cual garantiza la inocuidad de la composta bajo los criterios establecidos.

El tiempo de 62 días de compostaje es suficien-te para disminuir las bacterias de Salmonella spp. presentes en el estiércol empleado para el proceso de compostaje a límites permisibles y de esta ma-nera garantizar un producto con las condiciones de inocuidad necesarias para su uso.

Los tratamientos T2, T4 y T6 mostraron una mejor dinámica microbiológica lo cual favorece la transformación de los residuos en componen-tes con mayor capacidad de asimilación para las plantas. Las proporciones de 75-25%, 25-75% y 60-40% estiércol-rastrojo respectivamente, favore-cen el crecimiento logarítmico aumentando la con-centración de la bacteria y generando condiciones favorables para la producción de composta; sin embargo, estas condiciones de crecimiento micro-biano deben correlacionarse con la calidad final del compost generado.

LITERATURA CITADA Alam, M. S., Feroz, F., Rahman, H., Das, K. K., &

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