La presente investigación utilizó un diseño experimental completamente al azar (DCA), con 3 tratamientos (T1, T2 y T3) y un blanco (TB) como referencia, cada uno con 3 repeticiones, con un total de 12 pilas de compost, ubicadas en la parroquia de Amaguaña. Cada pila contenía 132 Kg de estiércol y contenido ruminal provenientes del camal de faenamiento familia Aldaz; 30 g de urea, 4L de melaza y 4Kg de aserrín; se inocularon para el tratamiento T1 con 30 x 109 UFC de Proteus mirabilis, T2 con 30 x 109 UFC de Citrobacter freundii, T3 con 356 x 103 células Penicillium spp. y TB sin adición de microorganismos. Se tomaron mediciones de temperatura, pH y humedad a los 3 días de creación de las pilas (tiempo de adaptación de microorganismos a su nuevo hábitat). El análisis de varianza (ANOVA), determinó que no existieron diferencias estadísticamente significativas entre tratamientos, por ello para seleccionar el mejor tratamiento se emplearon indicadores cuantitativos y cualitativos. Como resultado T2 fue el mejor tratamiento con una reducción en la cantidad de desechos orgánicos del 80,97%; una T máx. de 46°C, materia orgánica del 80,02%, produciendo un sustrato orgánico marrón oscuro altamente salino con pH 9,04, nitrógeno total (4%), fósforo total (0,02%), potasio (0,73%) y libre de patógenos fecales.

De los residuos generados a nivel nacional se ha determinado que el 60% corresponden a residuos orgánicos y 20% a residuos sólidos inorgánicos potencialmente reciclables, una fuente importante de generación de estos se encuentra en los más de 200 mataderos o centros de faenamiento. A nivel nacional se estima que 15,6 millones de litros es sangre, 48,138 TN es contenido ruminal y 19,255 TN es estiércol (MAE, 2013).

Se estima que, del proceso de faenado, el 25% del peso total del animal vivo es residuo entre ellos tenemos: estiércol, contenido ruminal, sangre, huesos, tejidos grasos, entre otros. El tratamiento de estos desechos a partir de la recuperación, reutilización y transformación en insumos aprovechables es primordial debido a que en Ecuador la mayoría de camales presenta una mala disposición del estiércol, ya que este es depositado a cielo abierto, en quebradas, lotes baldíos, entre otros.

Esto ha provocado graves problemas de contaminación ambiental en cuerpos hídricos principalmente por microorganismos patógenos para el hombre, en el suelo alterar sus condiciones debido a que contienen metales pesados que con la precipitación llegan a formar lixiviados, por otro lado, en el aire generan un desequilibrio debido al porcentaje de metano y monóxido de carbono que emanan alterando las características naturales del entorno.

Como precedentes de este trabajo se incluyen, experimentos realizados principalmente en el continente asiático, en países como: China, Japón y Corea del Sur, en los cuales se han aislado cepas específicas de microorganismos como lactobacilos, actinomicetos, hongos, entre otros, evaluando sus capacidades de degradación de celulosa, su actividad anti fúngica en los casos donde era posible, secuenciaron su ADN para identificarlas y caracterizarlas, y por último las emplearon en la elaboración de abono orgánico teniendo como resultado que al adicionar estas cepas el proceso de compostaje mejora notablemente, ya que la temperatura como indicador fundamental del proceso aumenta considerablemente en los primeros días de la creación de las pilas de compost lo cual reduce el tiempo de maduración del abono orgánico (Jia et al., 2011).

Tras el análisis del funcionamiento del camal de faenamiento familia Aldaz, se detectó que uno de los mayores problemas ambientales es la generación de estiércol vacuno que normalmente, debido al desconocimiento, a la falta de un espacio físico adecuado son enterrados o dejados almacenados a la intemperie, con la consecuente contaminación ambiental. Por ello, se planteó como alternativa para el manejo de estos desechos transformarlos en un sustrato orgánico mediante el proceso de compostaje permitiendo convertir y transformar de manera segura los residuos orgánicos, para aprovechar en la industria agrícola, generando beneficios económicos y ambientales para la empresa ya que el producto generado aumentará el aporte de nutrientes, la retención de agua y oxígeno en suelos degradados.

Se recolectó muestras de estiércol y contenido ruminal “in situ” en el camal de faenamiento Familia Aldaz, con la finalidad de aislar microorganismos celulolíticos presentes en aquellos residuos. Se empleó el método propuesto por Leguizamon y Tique (2008), se trazó una malla sobre el material a recolectar y se procedió a tomar muestras de las intersecciones de dicha malla.

Las muestras se recolectaron con una espátula esterilizada con alcohol al 70%, se las mezcló en un balde plástico, la muestra compuesta fue introducida en bolsas ziploc estériles con objeto de mantener la humedad. Para transportar la muestra se usó un cooler que mantuvo la cadena de frío, evitando la reproducción y metabolismo de microorganismos nativos.

Se utilizó 1 L de medio mineral líquido (NaNO3:2,5 g; KH2PO4: 2,0 g; MgSO4: 0,2 g; NaCl: 0,2 g y CaCl2•6H2O: 0,1 g, en 1 L de agua destilada, para revitalizar los microorganismos presentes en el estiércol y contenido ruminal. Para asegurar que únicamente proliferen los microorganismos aerobios que presenten actividad celulolítica, se usó como fuente de carbono papel filtro, en una proporción del 3% respecto a la cantidad total de medio mineral. El papel filtro se lo cortó en trozos de aproximadamente 1 cm. Se esterilizó vía calor húmedo en autoclave durante 15 min hasta alcanzar los 121 °C y 1 atm de presión.

Se elaboró un biorreactor, que contenía 1 L de medio mineral esterilizado y frío con el 3% de inóculo, es decir, 30 g de la muestra de estiércol y contenido ruminal y 30 g de papel filtro, este proceso se llevó a cabo a temperatura ambiente (20 °C) y con 2 g/L de O2. Se realizaron observaciones cada 5 días, para apreciar la degradación del papel filtro y controlar temperatura y la cantidad de oxígeno, este proceso se lo hizo durante 15 días. El día 12 se detectó la suspensión del aumento de la temperatura del biorreactor, por lo que se cubrió con material concentrador de calor y se colocó cerca lámparas. El tiempo de observación se extendió a 17 días luego de los cuales se realizó la siembra de bacterias y hongos en medios específicos.

Bacterias. Fueron reactivadas en caldo BHI, para esto se definió la escala Macfarland en la que se encontraban los microorganismos, que para el caso de Proteus mirabilis (M3) y Citrobacter freundii (M13) se encontraban en escala 10 Macfarland, posteriormente se los introdujo en la incubadora a 37 °C durante 24 horas (Universidad de Antioquia, 2009).

Hongo. Para Penicilium spp., se sembró sus esporas en 8 mL de caldo BHI, se llevó a incubación a 67°C por 24 horas y se realizó el recuento celular en la cámara de Neubauer.

La concentración celular según Arredondo et al., (1997) se calcula de acuerdo a la fórmula (ecuación 1):

En donde:

C = cél/mL

N = promedio de células presentes en 1 mm2 (0,1μL)

dil = factor de dilución

Una vez reactivadas, la cantidad de inóculo para las pilas de compost fue seleccionada de forma aleatoria y experimental considerando el recuento celular fúngico y la escala Macfarland.

Los inóculos fueron colocados en tubos de ensayo estériles debidamente sellados, etiquetados y llevados al área experimental en cooler manteniendo la cadena de frío.

Los inóculos fueron colocados en el centro de las pilas a una profundidad aproximada de 30 cm.

Los materiales empleados para la creación de pilas de compost fueron: estiércol vacuno, contenido ruminal, aserrín, urea y melaza. La cantidad de material empleado se determinó de manera experimental; con una relación C: N inicial calculada de 34,15, este valor se encuentra dentro del rango óptimo establecido por la FAO (2013).

Se crearon 12 pilas de compost, cada tres pilas fueron asignadas con un tratamiento específico. Las pilas fueron creadas sobre plástico lo cual facilitó su recubrimiento, la retención de los materiales a compostar y la prevención de contaminación del suelo con lixiviados.

Antes de iniciar con el proceso de control, se realizó un recuento inicial de bacterias y hongos, a fin de asegurar su presencia en las pilas de compost. Se realizó a los 3 días de creación de las pilas, para ello se tomaron 2,5 g de cada pila de compost y se adicionaron 50 mL de agua destilada, se homogenizó las soluciones madre por agitación y mediante el método de diluciones seriadas (hasta 10-4) se procedió a la siembra por extensión de bacterias en agar Antibiótico 19 con un periodo de incubación de 48 h a 35°C y hongos en agar OGY con periodo de siete días para su desarrollo.

Posteriormente, se controlaron parámetros como: temperatura, pH, aireación y humedad, durante todo el proceso de compostaje, según lo indica la tabla 1. Los datos registrados permitieron realizar correcciones in situ a fin de que el proceso produjera un compost inocuo y con cantidades óptimas de macro nutrientes.

Los análisis físicos, químicos y microbiológicos sobre muestras de compost maduro, se realizaron en el laboratorio de Química Agrícola y Suelos de la Facultad de Ciencias Agrícolas y en los laboratorios del Centro de Biología de la Universidad Central del Ecuador, respectivamente. Los análisis físicos realizados se basaron en el aspecto general de la pila de compost, es decir, se evaluó su color y olor. Los análisis químicos realizados fueron: la temperatura, el pH, el porcentaje de humedad, el porcentaje de materia orgánica, conductividad eléctrica, nitrógeno, fósforo y potasio. Mientras que los análisis microbiológicos comprenden: presencia de Coliformes fecales (E. Coli) y Coliformes totales.

Además, se realizó el conteo final de bacterias y hongos a fin de comparar la disminución de microrganismos debido al efecto propio del proceso de compostaje. Se lo realizó a los 88 días de creación de las pilas, una vez terminado el proceso de compostaje.

En la tabla 2 se muestran los análisis realizados y sus respectivos métodos.

Estos indicadores se aplicaron para evaluar cada tratamiento debido a que no se pudo realizar la prueba de Tukey ya que no existió diferencia significativamente estadística entre tratamientos.

Los indicadores cualitativos fueron: color marrón oscuro y olor a tierra. Mientras los indicadores cuantitativos se muestran en la tabla 3, y permitieron definir qué tratamiento fue el mejor en términos de calidad de compost maduro, reducción del tiempo del proceso de compostaje y características del microorganismo inoculado.

Para esta investigación se empleó un diseño completamente al azar (DCA) por ser un método ampliamente usado en el campo de la experimentación agrícola y a nivel de invernaderos. Este diseño tiene una amplia aplicación cuando las unidades experimentales son bastante homogéneas, es decir que los factores actúan por igual en estas unidades.

Este análisis estadístico conjuntamente con los indicadores anteriormente mencionados permitió seleccionar el tratamiento que redujo la mayor cantidad de desechos orgánicos y que produjo compost de buena calidad.

Serecolectó una muestra compuesta de 200 g de estiércol y contenido ruminal para realizarel aislamiento de microrganismos celulolíticos aerobios nativos.

De las cajas inoculadas para crecimiento de bacterias se consideraron como resultados estadísticamente válidos a los expuestos en la tabla 4.

Enestas cajas las colonias bacterianas fueron evaluadas con los criteriosmacroscópicos precedentes. Así, en la tabla 5 se muestra la macroscopíaobservada.

La Microscopía se realizó mediante pruebas bioquímicas según lo expuesto por Madigan et al., (2009), se realizaron seis pruebas que se indican en la tabla 6.

Con los resultados obtenidos de las pruebas bioquímicas más los criterios macroscópicos y las características específicas de las diferentes especies bacterianas descritas teóricamente, se seleccionaron para la investigación las cepas de las especies Proteus mirabilis y Citrobacter freundii.

En las cajas inoculadas para crecimiento de hongos, se evidenció el crecimiento de una única especie de hongo de color verdoso, algodonoso y amarillo en su parte posterior (Figura 1), que mediante la técnica de la cinta pegante y el microcultivo (Martí et al., 1998) se observó la morfología típica del género Penicillium (Figura 2), género que se caracteriza por la degradación de materia orgánica; por consiguiente, también se empleó a la cepa fúngica Penicillium spp. para el desarrollo de la investigación.

Resultados del recuento celular para Penicillum spp. en la cámara de Neubauer mostrados en la tabla 7.

Las cantidades deinóculo empleadas para cada tratamiento descritas en la tabla 8.

Lascantidades de materiales utilizados para cada pila de compost, se encuentrandetalladas en la tabla 9.

El recuentoinicial y final de bacterias y hongos en las pilas se observan en las Tablas 10y 11.

Se observó que en la dilución 10-1 de crecimiento de cepasfúngicas en el recuento inicial, esto se debe a la aparición de setas de laespecie de Coprinuscomatus como semuestra en las figuras 3 y 4. Y el crecimiento de levaduras de la especie Rhodotorula, estas son colonias rojasbrillantes y se muestra en la figura 5. Ambas especies halladas pueden serestudiadas en proyectos futuros como degradadores de hidrocarburos.

La fase del proceso de compostaje evaluada fue la fase termófila debido a que en ella el proceso alcanza la mayor temperatura del proceso, así, TB alcanzó 44 °C, T1: 44,9 °C, T2: 46,0 ºC y T3: 42,5 °C. La FAO (2013) establece el rango óptimo para esta fase de 45 °C a 70 °C. Según Pravia (2001) citado en Eche (2013) menciona el rango de 40 °C a 75 °C “para eliminar todos los organismos mesófilos patógenos, hongos, esporas, semillas y elementos biológicos indeseables”. En estudios realizados por Gordillo y Chávez (2008), al usar poblaciones microbianas locales la temperatura fue menor a los 45 °C mientras que al utilizar microorganismos comerciales la temperatura superó los 60 °C. De este modo, la existente entre los resultados de la investigación y estudios previos radica en la utilización de diferentes tipos de inóculos microbiológicos y materiales a compostar empleados.

El pHfinal para el tratamiento T3 fue de 9,04 muy seguido del tratamiento T2 con pHde 9,05, según la FAO este debe situarse entre 6,5 a 8,5 por lo que ningúntratamiento cumple con este parámetro. En la Norma Chilena 2880 (INC, 2003) losvalores óptimos están ente 5 y 8,5 mientras que Olivares et al. (2012)obtuvieron un pH de 7,42 con una remoción por semana, diferente al realizado eneste estudio en el cual se removía cada tres días para controlar humedad.Mientras que Pérez et al. (2008) obtuvieron valores de 7,8. La diferencia sedebe principalmente a la interacción del estiércol con los residuos vegetalesutilizados, que para este estudio fue melaza, estiércol, aserrín y urea.

Elmayor porcentaje de humedad registrado en la investigación sucedió en T3 con52,91% muy superior al rango de la FAO que oscila entre 30 a 40%, mientras queen la Norma Chilena 2280 (INC, 2003) está entre 30 y 45%. Sin embargo, Pérez etal. (2008) obtienen un valor de humedad de 52,2% al utilizar estiércol caprinoy cascarilla de arroz, valor muy similar a los resultados obtenidos en eltratamiento T3.

Elvalor final máximo registrado fue 80,0% para T2; en estudios realizados porPérez et al. (2008) reporta 42,8% de materia orgánica en su producto final; sinembargo, Naranjo (2013) obtiene un valor de 23, 08%. Según Abad et al. (1993)citado en Pérez et al. (2008) reportó valores superiores al 80% en compost enresiduos de origen animal que aseguran una mayor reserva de nutrientes, estevalor coincide con el tratamiento T2, en la tabla 12 se indican los resultados.

Seobtuvo un valor máximo de 82,5%en T1 y un mínimo de 79,1% en T3 como se observaen la tabla 13. La FAO (2013) menciona que durante el proceso de degradación sepierde hasta un 50% de material inicial, en contraste con los datos de esteestudio, se demuestra claramente que la utilización de inóculos microbiológicosmejora la reducción de las cantidades de materiales usados para la creación depilas de compost. La elevada cantidad de material degradado es un “indicador dela velocidad de descomposición de la misma” Hernández et al. (2013).

Los valoresde conductividad eléctrica obtenidos oscilan entre 14,1 – 20,2 mmhos/cm, comose muestran en la tabla 14, que al compararlos con valores de conductividadexistentes en suelos muy salinos (mayores a 8 mmhos/cm) se considera unsustrato orgánico altamente salino. Esta afirmación se corrobora según loexpuesto por Andrade (2016) donde se alcanzó un valor máximo de 9,13 mmhos/ cm,siendo este un valor óptimo cuando se usan residuos animales según lo expone suinvestigación. Según la Norma Chilena 2880 (INC, 2003) para un compost clase B cuyovalor máximo de conductividad oscila entre 5-12 mmhos/cm. La conductividadeléctrica se encuentra directamente relacionado con la cantidad de salesdisueltas en el compost esta tiende a aumentar durante el compostaje debido ala mineralización de la de la materia orgánica lo que a su vez genera elaumento en la concentración de nutrientes, guarda relación con lasconcentraciones de Ca2+, K+ y Na+ (Cariello et al, 2007).

Elporcentaje de nitrógeno reportado oscila en el rango de 3,7% a 4,0% en baseseca, según Hernández et al. (2013) (tabla 15) que oscilan entre 2% a 1,5%,afirmando que el estiércol vacuno no es una buena fuente de aporte de nitrógenoen comparación con la gallinaza; afirmación que se contrapone con losresultados obtenidos en esta investigación. Olivares et al. (2012) establecieronun porcentaje de nitrógeno del 2%. Mientras, Andrade (2016) obtuvo un valormáximo de nitrógeno de 1,6%, lo que indica que el compost obtenido en esteestudio es rico en nitrógeno en comparación a productos provenientes deprocesos de degradación similares.

Seobtuvo entre 0,02% y 0,03% de fósforo (tabla 16) valores que cumplen con elvalor óptimo establecido para fósforo (menor o igual a 0,1%) en la NormaChilena 2880 (INC, 2003), lo cual alega que se trata de un compost con buena proporciónde fósforo que será útil para “cultivos sensibles al stress de fósforo” (NormaChilena 2880, 2003). Comercialmente, el compost obtenido no puede competir conotro tipo de abonos orgánicos, pues como lo exponen Paul y Clarck (1996) citadoen Soto y Muñoz (2002), un compost aceptable comercialmente presenta valores defósforo dentro del rango óptimo de 0,15 a 1,5%.

Sereportaron valores de 0,73% y 0,70%, según la tabla 17, estos valores coincidencon la investigación realizada por Andrade (2016), donde el potasio seencuentra en un rango de 0,6% a 1,5%. Datos similares (1,05% de potasio) sonreportados por Pérez et al. (2008). La FAO (2013), establece el rango óptimo de0,3% a 1% que “mejora el régimen hídrico de la planta y aumenta su tolerancia ala sequía, heladas y salinidad” (FAO, 2013). Hernández et al. (2013) obtuvieron0,55% de potasio, este valor también es reportado en el estudio de Castillo etal. (2010). Al igual que con el fósforo, existen factores que provocan unamayor o menor cantidad de potasio en el compost maduro.

Losvalores obtenidos según la tabla 18 son muy bajos o nulos respecto al valordado por la Norma Chilena 2880 (INC, 2003), donde un compost debe presentarvalores menores a 1000 NMP/g de coliformes fecales para ser considerado debuena calidad e inocuo. Estos bajos resultados demuestran que en la fasetermófila la temperatura fue elevada durante el tiempo necesario parahigienizar las pilas, eliminando patógenos como Escherichiacoli.

Porotro lado, para coliformes totales se reporta el valor máximo de 54 NMP para eltratamiento T1 como se muestra en la tabla 19, este valor no puede sercomparado con el establecido en la Norma Chilena 2880 debido a que en ella sepide valores únicamente para el género Enterobacter y el grupo coliformestotales comprende más de un género de bacteria como: Klebsella, Citrobacter,Escherichia.

Los desechos orgánicos provenientes del camal de faenamiento Familia Aldaz, fueron reducidos y tratados exitosamente al transformarlos en un producto aprovechable en el área agrícola, como lo es un sustrato altamente orgánico (80% de materia orgánica) con porcentajes óptimos de macronutrientes y con baja o nula presencia de coliformes fecales.

Los microorganismos con actividad celulolítica nativos aislados e identificados del contenido ruminal y estiércol vacuno en este estudio, corresponden a cepas bacterianas de Proteus mirabilis, Citrobacter freundii y la cepa fúngica Penicillium spp. Estos microorganismos presentaron una alta capacidad degradadora de desechos orgánicos (contenido ruminal y estiércol), lo que permitió reducir en un 80% la cantidad de materiales usados en las pilas de compostaje; demostrando que la utilización de microorganismos nativos es una solución óptima al momento de gestionar desechos orgánicos

El mejor tratamiento para la conversión de desechos orgánicos a un compost de buena calidad, es el tratamiento T2, constituido por: estiércol vacuno, contenido ruminal, aserrín, melaza, urea y el inóculo de Citrobacter freundii. Este tratamiento presentó la mayor temperatura en la fase termófila (46 °C), tiene un alto contenido de nitrógeno total (4%), alto contenido de potasio (0,73%), alto contenido de materia orgánica (80%) y una tasa elevada de degradación de desechos (80,97%), en comparación con los otros tratamientos

Los factores que influyeron en la ralentización del proceso de compostaje fueron la gran variación de la temperatura y el porcentaje de humedad de los tratamientos durante el proceso de compostaje, estas variaciones sucedieron debido al mal dimensionamiento de la pila de compost, debido a que pilas de baja altura y de base ancha, hacen que el calor generado por los microorganismos se pierda fácilmente y no conserven o aumenten la temperatura de los tratamientos. Esto a su vez ocasiona que el porcentaje de humedad no disminuya, ya que no existe evaporación del contenido de agua, lo que provocó que el proceso dure más tiempo.

El compost obtenido tiene una alta salinidad debido al elevado contenido de sales como potasio, hecho que se evidencia en valores altos de pH lo cual le da un carácter alcalino al medio, propicio para la retención de las mismas. Uno de los factores que pudo haber elevado la alcalinidad en las pilas fue la no generación de lixiviados durante el proceso de compostaje ocasionando la retención de sales disueltas y altos valores de pH. Comercialmente este producto no es competidor con fertilizantes químicos debido a que tiene bajos contenidos de nitrógeno y fósforo, dos de los macronutrientes principales y necesarios en los cultivos. Sin embargo, puede ser usado como acondicionador y mejorador de suelos carentes o con bajos niveles de nutrientes, puede ser útil para cultivo de hortalizas y germinación de semillas, siempre y cuando se lo mezcle con otro tipo de sustratos que garanticen cubrir las necesidades nutricionales para las plantas como: N, P, K.