Algunos parámetros biológicos en la evaluación de la estabilidad y la madurez de dos compost
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Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38: 06-30. Enero-Marzo.
DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n1.01 ISSN 2477-9407
Algunos parámetros biológicos en la evaluación de
la estabilidad y la madurez de dos compost
Some biological parameters in the evaluation of the
stability and maturity of two compost
Alguns parâmetros biológicos na avaliação da estabilidade
e maturidade de dois compostos
Luisa Villalba1*, Jorge Paolini2 y Carlos Rocha3
1
Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias. Instituto
Zoología y Ecología Tropical (IZET). Caracas, Venezuela. Correo electrónico:
luisa.villalba@ciens.ucv.ve, . 2Instituto Venezolano de Investigaciones
Científicas, IVIC. Altos de Pipe, Miranda, Venezuela. Correo electrónico:
mapire3000@gmail.com, . 3Universidad Simón Bolívar, Sartenejas,
Miranda, Venezuela. Correo electrónico: crocha@usb.ve.
Resumen
El compostaje representa una alternativa para el aprovechamiento de los
residuos orgánicos al transformarlos en una enmienda orgánica que mejora
la estructura y fertilidad de los suelos. Por ser un proceso microbiológico, se
planteó como objetivo analizar algunos parámetros biológicos en la evaluación
de la estabilidad y madurez de dos compost. Se elaboraron dos compost con
residuos generados en la Universidad Simón Bolívar uno obtenido a partir de
residuos orgánicos del comedor y otro a partir de restos vegetales provenientes
de la poda de los jardines. Los parámetros evaluados fueron la temperatura y
el contaje microbiano, expresado como unidades formadoras de colonias por
gramo de compost para levaduras y para bacterias aerobias y anaerobias (a su
vez clasificando las bacterias por el método de tinción Gram), así como el índice
de germinación determinado por el test de fitotoxicidad. Los resultados obtenidos
permitieron concluir que la temperatura de la pila de compost es un buen indicador
de la evolución del proceso de compostaje, al estar íntimamente asociado con la
actividad biológica indicando las etapas del proceso, en los compost analizados el
contaje microbiano permitió evaluarlos como estables, la clasificación bacteriana
por tinción Gram, representó un buen indicador de las sucesiones que ocurren en
Recibido el 01-05-2020 . Aceptado el 09-06-2020.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: luisa.villalba@ciens.ucv.ve
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el proceso de compostaje y fue útil para ayudar a la clasificación de las bacterias
presentes; el test de fitotoxicidad permitió corroborar el grado de madurez y
estabilidad de los compost estudiados.
Palabras clave: compostaje, contaje microbiano, fitotoxicidad.
Abstract
Composting represents an alternative for the use of organic waste by
transforming it into an organic amendment that improves the structure and
fertility of soils. As it is a microbiological process, the objective was to analyze
some biological parameters in the evaluation of the stability and maturity of two
compost. Two compost was made with waste generated at the Simón Bolívar
University one obtained from organic waste generated in the dining room and
the other from plant remains from the pruning of the gardens. The parameters
evaluated were temperature and microbial count, expressed as colony-forming
units per gram of compost for yeast, and for aerobic and anaerobic bacteria (in turn
classifying the bacteria by the Gram staining method), as well as the germination
index determined by the phytotoxicity test. The results obtained allowed us to
conclude that: the temperature of the compost pile is a good indicator of the
evolution of the composting process, as it is closely associated with biological
activity indicating the stages of the process, in the compost analyzed, the counting
of microorganisms allowed to evaluate them as stable, the bacterial classification
by Gram staining, represented a good indicator of the successions that occur in
the composting process and was useful to help the classification of the bacteria
present; the phytotoxicity test corroborated the degree of maturity and stability
of the studied compost.
Keywords: composting, microbial count, phytotoxicity.
Resumo
A compostagem representa uma alternativa para o uso de resíduos orgânicos,
transformando-o em uma emenda orgânica que melhora a estrutura e a fertilidade
dos solos. Por se tratar de um processo microbiológico, o objetivo foi analisar
alguns parâmetros biológicos na avaliação da estabilidade e maturidade de dois
compostos. Dois compostos foram feitos com resíduos gerados na Universidade
Simón Bolívar, um obtido a partir de resíduos orgânicos da cantina e outro a
partir de restos de plantas provenientes de podas nos jardins. Os parâmetros
avaliados foram temperatura e contagem microbiana, expressos em unidades
formadoras de colônia por grama de composto para levedura e bactérias aeróbias
e anaeróbias (por sua vez, classificando as bactérias pelo método de coloração de
Gram), bem como o índice de germinação. determinado pelo teste de fitotoxicidade.
Os resultados obtidos permitiram concluir que a temperatura da pilha de
composto é um bom indicador da evolução do processo de compostagem, pois está
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intimamente associada à atividade biológica que indica as etapas do processo.No
composto analisado, a contagem microbiana permitiu avaliá-las como estáveis. ,
a classificação bacteriana por coloração de Gram representou um bom indicador
das sucessões que ocorrem no processo de compostagem e foi útil para auxiliar na
classificação das bactérias presentes; O teste de fitotoxicidade corroborou o grau
de maturidade e estabilidade do composto estudado.
Palavras-chave: compostagem, contagem microbiana, fitotoxicidade.
Introducción Introduction
El compostaje permite resolver un Composting allows solving an
problema de gestión de residuos sólidos organic solid waste management
orgánicos debido a que representa una problem because it represents a
alternativa práctica y económica para practical and economic alternative for
su aprovechamiento, al transformarlos its use, by transforming them into an
en una enmienda con grandes virtudes amendment with great virtues as a
como mejorador y/o acondicionador de soil improver and/or conditioner that
suelos que facilita la disponibilidad facilitates the availability of nutrients,
de nutrientes, mejora su estructura improves its structures and acts as a
y actúa como agente supresor de suppressive agent for plant pathogens
patógenos vegetales (Bernal et al., (Bernal et al., 2017; García et al., 2014;
2017; García et al., 2014; Rebollido et Rebollido et al., 2008; Satoshi, 2013;
al., 2008; Satoshi, 2013; van Elsas y van Elsas and Postma, 2007).
Postma, 2007). The quality of a compost, according
La calidad de un compost, de to García et al. (2014) is “the capacity
acuerdo a García et al. (2014) es or aptitude of the compost to satisfy
“la capacidad o aptitud del compost the needs of the plants, with a
para satisfacer las necesidades de minimum environmental impact and
las plantas, con un mínimo impacto without risk to public health”, and is
ambiental y sin riesgo para la determined by its maturity, defined
salud pública”, y está determinada by its biological stabilization and its
por su madurez, definida ésta por “humification”, as well as the absence
su estabilización biológica y su of pathogens and heavy metals
“humificación”, así como también (Moreno and Moral, 2008; Román et
por la ausencia de patógenos y de al., 2013; Satoshi, 2013).
metales pesados (Moreno y Moral, The mature compost presents
2008; Román et al., 2013; Satoshi, insignificant concentrations of
2013). phytotoxic substances of organic
Los compost maduros presentan character (those produced during the
concentraciones insignificantes de most active phase of the composting
sustancias fitotóxicas de carácter process as short chain acids) or
orgánico (aquellas producidas inorganic, such as NH3. Thus, a mature
durante la fase más activa del proceso compost, according to Rivero (1999)
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de compostaje como ácidos de cadena and Paul (2015), must have fulfilled
corta) o inorgánico, como por ejemplo the most active phase of the process
NH3. Es así, que un compost maduro, (thermophilic) in which bacteria of
de acuerdo con Rivero (1999) y Paul the genera Bacillus, Thermus and
(2015), debe haber cumplido con la Hydrogenobacter and Actinomycetes
fase más activa del proceso (termófila) of genus–Streptomyces predominate.
en la que predominan bacterias de In this sense, Cooperband et
los géneros Bacillus, Thermus e al. (2003) and Moreno and Moral
Hydrogenobacter y Actinobacterias- (2008), point out that stability of the
Streptomyces. compost can be defined as the degree
En este sentido, Cooperband et al. of decomposition of organic matter
(2003) y Moreno y Moral (2008), or bioavailability of organic matter,
señalan que la estabilidad del which is a direct function of the level of
compost se puede definir como activity of the microbial biomass and
el grado de descomposición de la determined through the consumed O2,
materia orgánica o biodisponibilidad the released CO2 or the heat produced
de materia orgánica, la cual es función as the result of the microbiological
directa del nivel de actividad de la
activity.
biomasa microbiana y determinada
Little is known about the
por medio del O2 consumido, el CO2
microorganisms involved in the
desprendido o el calor producido
composting process due to the diversity
como resultado de la actividad
microbiológica. and structure of these communities
Es poco lo que sabemos sobre los (Rebollido et al., 2008; Partanen
microorganismos involucrados en et al., 2010); in this sense, due to
el proceso de compostaje debido a its high complexity, the microbiol
la diversidad y estructura de estas activity is an important parameter
comunidades (Rebollido et al., 2008; that can contribute to determining the
Partanen et al., 2010); en este sentido, quality of the final product. Thus, for
debido a su elevada complejidad, es la example, the degree of stability can
actividad microbiológica un parámetro be determined directly from the count
importante que puede contribuir a of microbial groups or from measures
determinar la calidad del producto final. of metabolic activity or, indirectly,
Así, por ejemplo, el grado de estabilidad through the study of constituents that
se puede determinar directamente a are easily biodegradable or susceptible
partir del contaje de grupos microbianos to degradation (Department of
o de medidas de la actividad metabólica Agriculture of the DGA, 2001;
o bien, indirectamente, por medio del Ceustermans et al., 2010; Cervera et
estudio de los constituyentes fácilmente al., 2012).
biodegradables o susceptibles a For the microbial counting, direct
la degradación (Departamento or indirect methods have been used.
de Agricultura de la DGA, 2001; In the first case, the different groups
Ceustermans et al., 2010; Cervera et of microorganisms are isolated and
al., 2012). identified, by obtaining compost
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Para el contaje microbiano se extracts that are then sown in different
han utilizado métodos directos o cultura media, generally specific for
indirectos, en el primer caso se procede each group in order to identify them
al aislamiento e identificación de los identify. Evaluation of the growth and
diferentes grupos de microorganismos, characteristics of the colonies, by direct
mediante la obtención de extractos observation or under a microscope,
de compost que luego son sembrados provides information about the
en medios de cultivo, en general, populations present. The most used
específicos para cada grupo a techniques are the plate count and
identificar. La evaluación del the most probable number. In the so-
crecimiento y las características de las called indirect methods, those based
colonias, por observación directa o al on the functional properties of the
microscopio, suministra información microbial groups are grouped, which
acerca de las poblaciones presentes. can be measured and then related
Las técnicas más utilizadas son el to the populations present (Rivero,
contaje en placa y el número más 1999).
probable. En los denominados métodos According to the temperature
indirectos se agrupan aquellos generated during the composting
basados en propiedades funcionales process, numerous authors (De
de los grupos microbianos, que pueden Bertoldi et al., 1983; Insam and De
medirse y luego relacionarse con Bertoldi, 2007; Román et al., 2013;
poblaciones presentes (Rivero, 1999). Paul, 2015) identify four phases, each
Según la temperatura generada of which is characterized by the activity
durante el proceso de compostaje, of different groups of organisms; thus
numerosos autores (De Bertoldi et we have, a first phase of short duration
al. 1983; Insam y De Bertoldi, 2007; that corresponds to time necessary for
Román et al., 2013; Paul, 2015) the microorganisms to acclimatize and
identifican cuatro fases, cada una colonize the new environment in the
de las cuales está caracterizada por compost pile, is characterized by rapid
la actividad de diferentes grupos microbial growth, with an increase
de organismos; así tenemos, una from room temperature to 40 - 45 °C,
primera fase de corta duración que where mesophilic organisms (bacteria
corresponde al tiempo necesario para and fungi) capable of degrading easily
que los microorganismos se aclimaten decomposable components such as
y colonicen el nuevo ambiente en la sugars and proteins predominate;
pila de compost, está caracterizada Subsequently, the thermophilic or
por un crecimiento microbiano hygienization phase follows, where
rápido, con un incremento desde la the temperature rises above 45 °C
temperatura ambiente hasta 40 - 45 for several weeks where thermophilic
°C, donde predominan organismos organisms responsible for the
mesófilos (bacterias y hongos) capaces degradation of complex carbon sources
de degradar los componentes de such as celluloses, hemicelluloses,
fácil descomposición como azúcares lignins and chitins predominate;
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y proteínas; posteriormente, sigue Subsequently, when the carbon and
la fase termófila o de higienización, especially nitrogen sources in the
donde la temperatura se eleva por composting material are exhausted,
encima de los 45 °C durante varias the pile begins to cool down, the
semanas donde predominan los mesophilic organisms return and the
organismos termófilos responsables composting process continues until
de la degradación de fuentes de the final phase of maturation or new
carbono complejas como celulosas, formation of humic substances, which
hemicelulosas, ligninas y quitinas; may be a period several months at
posteriormente al agotarse las fuente room temperature. Hence, the compost
de carbono y en especial de nitrógeno flora is extremely diverse.
en el material de compostaje, In this context, the objective of the
comienza a enfriarse la pila, retornan work was to analyze some biological
los organismos mesófilos y el proceso parameters in the evaluation of
de compostaje continua hasta la fase the stability and maturity of two
final de maduración o neoformación de compost. The parameters evaluated
sustancias húmicas que puede ser un were temperature, microbial count,
período de varios meses a temperatura expressed as colony-forming units
ambiente. De allí que la flora del per gram of compost for yeast and
compost es extremadamente diversa. for aerobic and anaerobic bacteria
En este contexto, el objetivo (in turn classifying the bacteria by
del trabajo fue analizar algunos the Gram staining method), and
parámetros biológicos en la evaluación the and the germination index was
de la estabilidad y la madurez de dos determined by the phytotoxicity test.
compost. Los parámetros evaluados
fueron la temperatura, el contaje
microbiano, expresado como unidades Materials and methods
formadoras de colonias por gramo
de compost para levaduras y para Two compost were prepared, one
bacterias aerobias y anaerobias (a su identified as dining room compost
vez clasificando las bacterias por el (CC) and a second called garden
método de tinción Gram), y el índice compost (CJ).
de germinación determinado por el Dining Compost (CC). It was
test de fitotoxicidad. made based on organic remains
generated in the dining room of the
Materiales y métodos Universidad Simón Bolívar (USB)
(eggshell, coffee grounds, legume
Se prepararon dos compost uno residues, vegetables, fruits that do
identificado como compost comedor not include processed food, meat,
(CC) y un segundo denominado or fats), pruning remains (leaves
compost de jardín (CJ). and branches, mainly) from garden
Compost de comedor (CC). Se maintenance of the USB and soil
elaboró con base a restos orgánicos adjacent to the area where the
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generados en el comedor de la compost was made, so as to be used
Universidad Simón Bolívar (USB) as an inoculum of microorganisms.
(cáscara de huevos, borra de café, For preparation of the CC, an
residuos de legumbres, hortalizas, inventory was first made of the organic
frutas que no incluye comida waste generated in the canteens
elaborada, carnes, ni grasas), restos de and cafes of the USB; second,
poda (hojas y ramas, principalmente) the organic carbon content (Walkley
del mantenimiento de las áreas and Black - digestion with potassium
verdes de la USB y suelo aledaño a la dichromate and colorimetry) and total
zona donde se hizo el compost, de tal nitrogen (Kjeldahl method - digestion
manera de ser utilizado como inóculo with sulfuric acid) of the organic
de microorganismos. residues used were determined;
Para la elaboración del CC primero third, the methodology proposed
se hizo un inventario de los residuos by Richard and Trautmann (2002)
orgánicos generados en las áreas was used to estimate the quantities
verdes, así como en los comedores y of each material to be used in the
los cafetines de la USB; segundo, se preparation of the mixture, in order
determinó el contenido de carbono to obtain an initial 30:1 ratio of C:N,
orgánico (Walkley y Black - digestión approximately. Hence, three parts of
con dicromato de potasio y colorimetría) garden waste was used for one part of
y nitrógeno total (método Kjeldahl - dining room waste and 0.30 % of soil
digestión con ácido sulfúrico) de los in the preparation of a compost pile.
residuos orgánicos empleados; tercero, Garden compost (CJ). This was the
se utilizó la metodología propuesta second compost that was evaluated,
por Richard y Trautmann (2002), and it is the one that is normally carried
para estimar las cantidades de cada out by the Nursery El Horticultor in
material a utilizar en la preparación the USB (due to confidentiality the
de la mezcla, de tal manera de materials and quantities used are
obtener una relación inicial 30:1 de reserved), based on pruning remains
C:N, aproximadamente. De allí que to which they add a multienzyme
se utilizaron tres partes de residuos mixture called “Rizobact®”, to promote
de jardín por una parte de residuos microbial activity (to replace soil
de comedor y 0,30 % de suelo en la microorganisms), it was identified as
elaboración de una pila de compost. garden compost (CJ).
Compost de jardín (CJ). Este fue Compost management. Both
el segundo compost que se evaluó, compost (CC and CJ) were made
y es el que realiza normalmente el simultaneously, for each one a pile
Vivero El Horticultor en la USB (volume of approximately 9 m3) was
(por confidencialidad se reservan los made on the ground in terrains of
materiales y cantidades utilizados), the USB Nursery El Horticultor. The
con base a restos de poda al cual le compost piles lasted five months (150
agregan una mezcla multienzimática days), a composite sample was taken at
denominada “Rizobact®”, para the beginning (M0) and subsequently
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promover la actividad microbiana (en one every month (M1, M2, M3, M4,
sustitución de los microorganismos del M5), for a total of 6 composite samples
suelo), el mismo fue identificado como (taken from 5 parts of the pile) for
compost jardín (CJ). each type of compost.
Manejo del compost. Ambos During compost preparation,
compost (CC y CJ) se realizaron humidity and aeration were
simultáneamente, para cada uno se maintained in the compost piles,
elaboró una pila (volumen de 9 m3 by turning the pile material with a
aproximadamente) sobre el suelo en payloader and then applying water
terrenos del Vivero El Horticultor de with a hose. These tasks were carried
la USB. Las pilas de compost tuvieron out every 10 or 15 days during the
una duración de cinco meses (150 first three months and then once a
días), se tomó una muestra compuesta month at the end of the process, each
al inicio (M0) y posteriormente una time measuring the temperature with
cada mes (M1, M2, M3, M4, M5), para a Hanna® brand digital thermometer,
un total de 6 muestras compuestas connected to a rod used as a sensor,
(tomadas de 5 partes de la pila) por which is introduced to the center
cada tipo de compost. of the pile from various places. The
Durante la preparación de los recommended humidity is 60 %, this
compost se mantuvo la humedad y la was achieved by adding the water
aireación en las pilas de compostaje, to the compost pile until it drained,
mediante los volteos del material de at which point it stopped watering
la pila con un payloader y luego la (Trautmann and Krasny, 1998).
aplicación de agua con una manguera. Microbial population quantification.
Estas labores se hicieron cada 10 ó 15 Standard microbiology techniques
días durante los tres primeros meses specified in the USB Environmental
y luego una vez al mes al finalizar el Microbiology Laboratory Manual (1999)
proceso, midiendo en cada oportunidad and considerations by Trautmann
la temperatura con un termómetro and Krasny (1998) were applied. All
digital marca Hanna®, conectado con determinations were made in triplicate.
una varilla utilizada como sensor, Aerobic bacterial population.
la cual se introdujo al centro de la Colony forming units (UFC) per
pila desde varios sitios. La humedad gram of compost were determined by
recomendada es de un 60 %, esto se seeding the sample on the surface on
logró agregando a la pila de compost the surface of agar nutrient plates
el agua hasta que escurriera, momento (Merck®), incubated at 37 °C for 48
a partir del cual se dejaba de regar hours in an aerobic environment.
(Trautmann y Krasny, 1998). Anaerobic bacterial population.
Cuantificación de la The procedure was the same as in
población microbiana. Se the previous procedure, except that
aplicaron las técnicas estándares the samples were incubated in an
de microbiología especificadas anaerobic jar (GasPak system) that
en el Manual de Laboratorio de achieves anaerobiosis by introducing
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Microbiología Ambiental de la gas-generating tablets into the
USB (1999) y consideraciones de container and sealing it, to incubate
Trautmann y Krasny (1998). Todas them at 37 °C for 48 hours.
las determinaciones se realizaron por Anaerobic fungal population
triplicado. (yeast). Yeast UFCs per gram of
Población bacteriana aeróbica. Se sample were determined by surface
determinaron las unidades formadoras seeding on Sabouraud pH 5.6 dextrose
de colonia (UFC) por gramo de compost agar (Merck®), supplemented with
a través de siembra de la muestra en penicillin and streptomycin (1 mL
superficie para aislamiento en placas of suspension of 6.000.000 UI, in
de agar nutritivo (Merck®), incubadas each Petri capsule), and incubated
a 37 °C por 48 horas en ambiente at 37 °C for 72 hours in anaerobic
aeróbico. jar environment. The quantification
Población bacteriana anaeróbica. of the aerobic fungal population
Se procedió igual que en el was not considered because their
procedimiento anterior, a excepción determination is very complex,
de que las muestras fueron incubadas since they are fast growing and very
en una jarra anaeróbica (sistema expansive microorganisms.
GasPak) que logra la anaerobiosis al Bacterial classification by the
introducir en el recipiente tabletas Gram staining method. Once the
generadoras de gas y cerrarlo bacterial cultures were obtained,
herméticamente, para incubarlos a Gram staining was performed for
37 °C por 48 horas. each bacterial culture that presented
Población micótica anaeróbica morphologically different colonies,
(levaduras). Se determinaron las identifying the bacteria in Gram+
UFC de levaduras por gramo de and Gram- and according to their
muestra mediante la siembra morphology (cocci and bacilli).
en superficie para aislamiento Determination of the Phytotoxicity.
en agar dextrosa Sabouraud pH For each sample, in five times, the
5,6 (Merck®), suplementado con germination index was determined
penicilina y estreptomicina (1 mL de according to the method of Zucconi et al.
suspensión de 6.000.000 UI, en cada (1981) using lettuce seeds (Lactuca sativa
cápsula de Petri), y se incubaron a L.). In this test, 2 mL of aqueous extract
37 °C por 72 horas en ambiente de of the substrates (1:5) was added in a
jarras anaeróbicas. No se consideró Petri dish with filter paper containing
la cuantificación de la población 10 lettuce seeds. Subsequently, after
micótica aeróbica debido a que es two days of incubation in the dark at 22
muy compleja su determinación, ya ºC, germination was stopped with the
que son microorganismos de rápido addition of 1 mL of ethanol, the number
crecimiento y muy expansivo. of germinated seeds and the root
Clasificación bacteriana por length were determined. The control
el método de tinción Gram. was prepared using distilled water
Una vez obtenidos los cultivos (Acosta et al., 2004).
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bacterianos se procedió a realizar The germination index (GI) was
la tinción Gram para cada cultivo calculated as follows:
bacteriano que presentaba colonias Germination index (IG) = x 100
morfológicamente distintas,
identificando las bacterias en Gram+
y Gram- y de acuerdo a su morfología
(cocos y bacilos). Where: % GS =% of germinated
Determinación de la seeds in the compost extract; % Gagua
Fitotoxicidad. Para cada muestra, =% of seeds germinated in distilled
por quintuplicado, se determinó el water; LMS = mean length of the
índice de germinación de acuerdo germinated seeds in the compost
al método de Zucconi et al. (1981) extract (cm); LMagua = mean length
usando semillas de lechuga (Lactuca of the seeds germinated in distilled
sativa L.). En este test, 2 mL de water (cm).
extracto acuoso de los sustratos (1:5) Statistic analysis. In order to
se agregó en una capsula de Petri evaluate the differences between the
con papel de filtro contentiva de 10 values obtained for each parameter
semillas de lechuga. Posteriormente, studied (which were performed in
luego de dos días de incubación triplicate), the variability of the
en oscuridad a 22 ºC, se detuvo la data was measured through the
germinación con la adición de 1 mL determination of the standard
de etanol, se determinó el número de deviation in the Excel spreadsheet
semillas germinadas y la elongación (Clifford and Taylor, 2008).
de las raíces. El control se preparó
utilizando agua destilada (Acosta et Results and discussion
al., 2004).
El índice de germinación (IG) se Temperature. Temperature is one
calculó de la siguiente manera: of the main parameters for monitoring
Índice de Germinación (IG) = x 100 the composting process, since its
evolution is related to many of the
biological reactions that take place
and is also associated with the ability
of the process to reduce the content
Dónde: % GS = % de semillas of pathogens (Stentiford, 1996).
germinadas en el extracto de compost; Figure 1 shows the evolution of the
% Gagua = % de semillas germinadas temperature during the composting
en agua destilada; LMS = longitud time of the two studied compost CC
media de las semillas germinadas en and CJ, where it can be seen that the
el extracto de compost (cm); LMagua maximum temperature reached in
= longitud media de las semillas both piles varied between 55 and 60
germinadas en agua destilada (cm). °C, a range that is considered optimal
Análisis estadístico. Con el (De Bertoldi et al., 1983; Avnimelech
propósito de evaluar las diferencias et al., 2004; Insam and De Bertoldi,
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entre los valores obtenidos para cada 2007; Kumar, 2010); this was reached
parámetro estudiado (los cuales se from the 25th day and was maintained
realizaron por triplicado), se midió for an additional 45 days.
la variabilidad de los datos a través Likewise, the different phases of
de la determinación de la desviación composting are observed: a mesophilic
estándar en la hoja de cálculo Excel phase, with a rapid increase in
(Clifford y Taylor, 2008). temperature (25 to 40 °C) during the
first 10 days (Figure 1), followed by a
Resultados y discusión thermophilic or hygienization phase
about 80 days approximately (up to
Temperatura. La temperatura es 90 days from the start of the process).
uno de los principales parámetros para In the thermophilic phase, pathogenic
el monitoreo del proceso de compostaje, mesophiles, fungi, spores, seeds and
ya que su evolución está relacionada undesirable biological elements are
con muchas de las reacciones biológicas eliminated (Golueke, 1982; Ghazifard
que tienen lugar y además está et al., 2001; Bernal et al., 2017), followed
asociada a la capacidad del proceso by a second mesophilic phase, where
de reducir el contenido de patógenos the temperature tends to decrease
(Stentiford, 1996). En la figura 1 se and stabilize as a gradual decrease in
muestra la evolución de la temperatura microbial activity occurs, and finally,
durante el tiempo de compostaje de los a maturation or humification phase
dos compost estudiados CC y CJ, donde where the temperature of the compost
se puede apreciar que la temperatura reaches that of the environment.
máxima alcanzada en ambas pilas Figure 1 also shows the effect of
varío entre 55 y 60 °C, rango que se the turning on the temperature, when
considera óptimo (De Bertoldi et al., observing that in the turning at 97
1983; Avnimelech et al., 2004; Insam days after the temperature began to
y De Bertoldi, 2007; Kumar, 2010); decreased, it caused a further increase
esta se alcanzó a partir del día 25 y se in temperature, which indicates there
mantuvo por 45 días más. was still organic matter is easily
Figura 1. Variación de la temperatura (ºC) en los compost estudiados (CC= Compost
Comedor y CJ= Compost Jardín), durante el proceso de compostaje.
Figure 1. Variation of temperature (ºC) in the studied compost (CC = Compost Comedor
and CJ = Compost Jardín), during the composting process.
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Igualmente, se observan las degraded or and a moisture lack
diferentes fases o etapas del moisture in the pile; this also explains
compostaje: una fase mesófila, con un the higher standard deviation
rápido incremento de la temperatura observed at 60 and 97 days.
(25 a 40 °C) durante los primeros 10 Microbial quantification. The
días (figura 1), seguida de una fase results of the succession of the
termófila o de higienización de unos 80 different microbial groups in the in
días aproximadamente (hasta los 90 the studied compost during the six
días de iniciado el proceso). En la fase samplings are presented in Figure 2.
termófila se eliminan los mesófilos When comparing CC with CJ (figure
patógenos, hongos, esporas, semillas 2) it was observed that at the beginning
y elementos biológicos indeseables of the process the population density
(Golueke, 1982; Ghazifard et al., 2001; of the aerobic bacteria was similar for
Bernal et al., 2017) seguidamente, both, then in the thermophilic phase
continúa una segunda fase mesófila, the population density of the aerobic
en la cual la temperatura tiende a bacteria increased in greater numbers
disminuir y a estabilizarse ya que in the CJ, which decreased more than
ocurre una disminución gradual de in CC in the cooling phase. At 60 days
la actividad microbiana, y finalmente when the maximum temperatures
tenemos una fase de maduración o were reached in the thermophilic
humificación donde la temperatura phase, the densities were 2.7 x 1012
del compost alcanza la del ambiente. CFU.g-1 compost in CJ and 2.5 x 1011
En la figura 1 también se nota el CFU.g-1 compost in CC, values that
efecto del volteo sobre la temperatura, agree with those indicated by Insam
al observar que en el volteo a los and De Bertoldi (2007).
97 días cuando la temperatura This could be related to the fact that
comenzaba a descender, el mismo CJ was elaborated using an inoculum
causó un incremento de nuevo en la of a multienzyme mixture, and that
temperatura, lo cual nos indica que this was the cause of the differences
aún quedaba materia orgánica de fácil differences detected between the
degradación o que le faltó humedad a two compost at the beginning of
la pila; esto también explica la mayor the process; since in the case of CJ,
desviación estándar observada a los enzymes contributed to facilitating
60 y 97 días. the nutrition of microorganisms,
Cuantificación microbiana. Los while in the case of CC, the native
resultados de la sucesión de los microbial population of the starting
diferentes grupos microbianos en los materials, it is presumed that it had
compost estudiados durante los seis to develop its own mechanisms for
muestreos se presentan en la figura 2. obtaining nutrients. However, the
Al comparar el CC con el CJ (figura microbial population at the end of the
2) se observó que al inicio del proceso la evaluation reached the same density
densidad de población de las bacterias (9.7 x 106 CFU.g-1 compost) in both
aeróbicas fue similar para ambos, luego compost.
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en la fase termófila se incrementó Anaerobic bacteria were found
en mayor número la densidad de la during the first three months in
población de las bacterias aeróbicas en higher population density in CC than
el CJ, las cuales decrecieron en mayor in CJ, but decreasing in both composts
cantidad que en el CC en la fase de gradually after the third month, there
enfriamiento. A los 60 días cuando se was an increase in the population
alcanzaron las máximas temperaturas density of anaerobic bacteria in CJ
en la fase termófila, las densidades c ompar ed t o C C , t o end of t he
fueron de 2,7 x 1012 UFC.g-1 compost en process at the end of the process,
CJ y 2,5 x 1011 UFC.g-1 compost en CC, similar values in their population
valores que concuerdan con los indicados density and lower than the initial the
por Insam y De Bertoldi (2007). initial values were reached. These
Figura 2. Resultados del contaje microbiano expresado como log (UFC.g-1 de compost +
1) tanto de bacterias aerobias y anaerobias, así como de levaduras durante
el proceso de compostaje (150 días) para los compost estudiados (CC=
Compost Comedor y CJ= Compost Jardín).
Figure 2. Results of the microbial count expressed as log (CFU.g-1 of compost + 1)
of both aerobic and anaerobic bacteria, as well as yeasts during the
composting process (150 days) for the compost studied (CC = Compost
Comedor and CJ = Compost Garden).
Esto pudo estar relacionado con results agree with Corlay et al. (1999),
el hecho de que el CJ fue elaborado Ryckeboer et al. (2003) and Gebeyehu
utilizando un inóculo de una mezcla and Kibret (2013).
multienzimática, y que ésta fuese In the case of yeasts, in figure 2,
la causa de las diferencias entre los they were only observed in the first
dos compost detectadas al inicio del two samples (M0 and M1), decreasing
proceso; ya que para el caso del CJ, in both cases until they disappeared
las enzimas contribuyeron a facilitar (after the thermophilic stage began
la nutrición de los microorganismos, in the second month). According to
mientras que en el caso del CC, la Moreno and Moral (2008), the presence
población microbiana nativa de los of fungi and yeasts (unicellular
materiales de partida, se presume fungi) during composting is mainly
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que tuvo que desarrollar sus propios conditioned by temperature; thus, for
mecanismos para la obtención de CC and CJ, these temperatures could
nutrientes. Sin embargo, la población have an antifungal effect, since no
microbiana al final de la evaluación yeasts were observed after this period.
alcanzó igual densidad (9,7 x 106 It should also be taken into
UFC.g-1 compost) en ambos compost. account that when oxygen is present,
Las bacterias anaeróbicas se yeasts grow efficiently, forming from
encontraron durante los tres primeros sugars, biomass and CO2 (Madigan
meses en mayor densidad poblacional et al., 1997), and the disappearance
en el CC que en el CJ, disminuyendo of yeasts may be related to the fact
ambas paulatinamente; luego del that the sugar contents have been
tercer mes hubo un incremento de degraded and depleted. This study
la densidad poblacional de bacterias had the limitation that the
anaeróbicas en el CJ en comparación aerobic fungi were studied, in
con el CC, para posteriormente which case it is probable that yeasts
alcanzar ambos compost al final were found in the final stages of the
del proceso valores similares en su composting process. It is interesting to
densidad poblacional e inferiores a note that under anaerobic conditions,
los valores iniciales. Estos resultados the yeasts decreased and disappeared
coinciden con lo señalado por Corlay during the thermophilic stage.
et al. (1999), Ryckeboer et al. (2003) y As we can see in figure 2, the
Gebeyehu y Kibret (2013). highest population density occurred
En el caso de las levaduras, en in the thermophilic phase of the
la figura 2, sólo se observaron en las composting process; at this stage
dos primeras muestras (M0 y M1) there was greater metabolic activity,
disminuyendo en ambos casos hasta due to the abundance and availability
desaparecer (luego de que se inicia of a substrate with easily assimilable
la etapa termófila en el segundo nutrients. This coincided and is
mes). Según Moreno y Moral (2008), explained as indicated by Paul (2015),
la presencia de hongos y levaduras Escobar et al. (2012) and Insam and
(hongos unicelulares) durante De Bertoldi (2007), since composting
el compostaje está condicionada is mainly a microbiological process
principalmente por la temperatura; characterized by the interaction
es así que para los CC y CJ, estas and succession of various groups of
temperaturas pudieron tener un microorganisms, whose role in the
efecto antimicótico, ya que no se biooxidation process is essential, and
observaron levaduras luego de este in which the simple compounds
período. of carbon (such as amino acids,
También se debe tomar en cuenta, soluble sugars, organic acids, among
que cuando el oxígeno está presente, others) are easily metabolized and
las levaduras crecen eficientemente mineralized by a heterogeneous and
formando, a partir de los azúcares, heterotrophic microflora, thus high
biomasa y CO2 (Madigan et al., 1997), metabolic activity and exothermic
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y la desaparición de las levaduras processes increase the temperature in
puede estar relacionada con el hecho the compost mass, which represents a
de que los contenidos de azúcares strong effect, selective in favor of few
hayan sido degradados y agotados. aerobic thermophilic organisms and
Este estudio tuvo la limitación de no spore producers.
estudiar los hongos aerobios, en cuyo In figure 2, a decrease in
caso es probable que se encontrasen the population density of the
levaduras en las etapas finales del microorganisms present in both
proceso de compostaje, lo que sí compost (biological stabilization) was
es interesante señalar es que, en clearly observed at the end of the
condiciones anaerobias, las levaduras composting process. This final stage
disminuyeron y desaparecieron began from the third month and was
durante la etapa termófila. the beginning of a mesophilic (cooling)
Como podemos observar en stage in which the compost reached
la figura 2, la mayor densidad its biological stability, a stage of
poblacional ocurrió en la fase approximately two months duration.
termófila del proceso de compostaje; In the last stage, in the maturation
en esta etapa hubo mayor actividad phase (from the fifth and last month
metabólica, debido a la abundancia y of sampling), the activity and the
a la disponibilidad de un sustrato con number of the microorganisms
nutrientes fácilmente asimilables. decreased due to the characteristics
Esto coincidió y se explica según lo of the substrate present at that
señalado por Paul (2015), Escobar time (poor or scarce in degradable
et al. (2012) e Insam y De Bertoldi organic compounds), and began its
(2007), ya que el compostaje humification process (incipient),
es principalmente un proceso which coincides with that indicated
microbiológico caracterizado por la by Bernal et al. (2017), Moreno and
interacción y sucesión de varios grupos Moral (2008), Lombao et al. (2012)
de microorganismos, cuyo rol en el and Tiquia (2005), who pointed out
proceso de biooxidación es esencial, y that the microbial biomass decreases
en el cual los compuestos de carbono towards the end of the composting, as
simples (como aminoácidos, azúcares the product reaches its maturation,
solubles, ácidos orgánicos, entre due to the gradual degradation of
otros) son fácilmente metabolizados the most labile molecules, making
y mineralizados por una microflora the total count of microorganisms
heterotrófica y heterogénea, así throughout the process a good test of
una alta actividad metabólica y the state of maturity of the compost.
procesos exotérmicos incrementan la Bacterial classification by Gram
temperatura en la masa de compost, staining. By performing a Gram
lo que representa un fuerte efecto stain on each bacterial culture that
selectivo a favor de pocos organismos presented morphologically different
aerobios termófilos y productores de colonies, the bacterial populations
esporas. could be grouped based on their
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En la figura 2 se observó morphology (cocci and bacilli) in Gram
claramente al final del proceso positives and Gram negatives, these
de compostaje una disminución results are seen in Figures 3 and 4.
en la densidad poblacional de los In these figures, the succession in
microorganismos presentes en ambos the bacterial populations present in
compost (estabilización biológica). the compost during the composting
Esta etapa final se inició a partir del process can be observed, with Gram-
tercer mes y fue el inicio de una etapa and Gram+ bacteria predominating
mesófila (de enfriamiento) en la cual at the end of it (their cell walls are
el compost alcanzó su estabilidad more resistant to stress situations,
biológica, etapa de unos dos meses de Madigan et al., 1997). These results
duración aproximadamente. coincide with that reported by García-
En la última etapa, en la fase de Izquierdo and Polo (1999), Moreno and
maduración (a partir del quinto y Moral (2008) and Pérez et al. (2010),
último mes de muestreo), la actividad who pointed out that the evolution
y el número de los microorganismos of temperature with the composting
disminuyó debido a las características process greatly conditions microbial
del sustrato presente en ese momento populations: it increases spores and
(pobre o escaso en compuestos Gram+ bacteria, conversely inhibiting
orgánicos degradables), e inició su many other types of bacteria at 55 °C.
proceso de humificación (incipiente), Strom (1985), Klamer and
lo cual coincide con lo señalado Bååth (1998), Boulter et al. (2000),
por Bernal et al. (2017), Moreno y Ghazifard et al. (2001), Rebollido et
Moral (2008), Lombao et al. (2012) y al. (2008), Moreno and Moral (2008)
Tiquia (2005), quienes señalan que and Paul (2015) pointed out that,
la biomasa microbiana decrece hacia in the analysis of the composting
el final del compostaje, a medida que process, the thermophilic community
el producto alcanza su maduración, that develops above 50 °C consists
debido a la degradación paulatina de of Gram+ bacteria (such as those
las moléculas más lábiles, por lo que obtained in the compost studied)
el recuento total de microorganismos mostly from the Bacillus genus, a
a lo largo del proceso puede constituir genus well known as dominant in high
un buen test del estado de maduración temperature compost. On the other
del compost. hand, Puente et al. (2009), mentions
Clasificación bacteriana por tinción the genus Bacillus as microorganisms
Gram. Al realizarle una tinción Gram a that promote plant growth and acts
cada cultivo bacteriano que presentaba as biocontrollers.
colonias morfológicamente distintas, In Figures 3 and 4, it can be
se pudieron agrupar las poblaciones observed that between month 2 (M2)
bacterianas con base en su morfología and month 3 (M3) -thermophilic
(cocos y bacilos) en Gram positivas y phase- the presence of Gram+ aerobic
Gram negativas, estos resultados se bacilli, a group to which actinobacteria
aprecian en las figuras 3 y 4. belong (Steger et al., 2005, 2007) and
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Figura 3. Tipos y cantidades de bacterias de acuerdo a su morfología (cocos y bacilos)
y tinción Gram (+ y -), encontradas durante el proceso de elaboración de
Compost Comedor (CC).
Figure 3. Types and amounts of bacteria according to their morphology (cocci and
bacilli) and Gram staining (+ and -), found during the Compost Comedor
(CC) elaboration process.
Figura 4. Tipos y cantidades de bacterias de acuerdo a morfología (cocos y bacilos)
y tinción Gram (+ y -), encontradas durante el proceso de elaboración de
Compost Jardín (CJ).
Figure 4. Types and quantities of bacteria according to morphology (cocci and bacilli)
and Gram staining (+ and -), found during the Compost Garden (CJ)
elaboration process.
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En dichas figuras se pueden the period in which the temperatures
observarla sucesión en las poblaciones in both compost (dining room and
bacterianas presentes en los compost garden) were above 50 °C, coinciding
durante el proceso de compostaje, with that indicated by Paul (2015) and
predominando al inicio bacterias Cervera et al. (2012). Actinobacteria
Gram- y Gram+ al final del mismo (sus have also been described as colonizers
paredes celulares son más resistentes of the rhizosphere, capable of exerting
a las situaciones de estrés, Madigan et biocontrol on phytopathogenic
al., 1997). Estos resultados coinciden fungi, promoting nodulation and
con lo reportado por García-Izquierdo assisting Rhizobium bacteriodes,
y Polo (1999), Moreno y Moral (2008) y iron assimilation, nitrogen fixation in
Pérez et al. (2010), quienes señalaron legumes, which indirectly contributes
que la evolución de la temperatura con to stimulating plant growth (Escobar
el proceso de compostaje condiciona et al., 2012; Cervera et al., 2012; van
enormemente a las poblaciones Elsas and Postma, 2007).
microbianas: incrementa las esporas During the composting process,
y las bacterias Gram+, inhibiendo por the presence of white spots inside
el contrario a otros muchos tipos de the composting piles was observed
bacterias a los 55 °C. after the first month; this coincides
Strom (1985), Klamer y Bååth with Menoyo (1995), who in a study
(1998), Boulter et al. (2000), Ghazifard on composting reported the visual
et al. (2001), Rebollido et al. (2008), appreciation of white spots possibly
Moreno y Moral (2008) y Paul (2015) corresponding to fungal colonies,
señalaron que, en el análisis del which generally began to appear
proceso de compostaje, la comunidad during the thermophilic phase. On
termófila que se desarrolla sobre los the other hand, Boulter et al. (2000)
50°C consiste de bacterias Gram+ pointed out that actinobacteria can
(como las obtenidas en los compost be seen as a white film on the surface
estudiados) en su mayoría del género of organic matter, at the end of the
Bacillus, un género bien conocido composting process.
como dominante en compost a altas We must also consider the possible
temperaturas. Por otra parte, Puente appearance of Gram negative bacilli
et al. (2009), menciona al género during the cooling phase, where
Bacillus como microorganismos Pseudomonas are found, reported by
promotores del crecimiento vegetal y Pérez et al. (2015) as opportunistic
como biocontroladores. pathogens in crops of economic
En las figuras 3 y 4, se puede importance such as tomato (Solanum
observar entre el mes 2 (M2) y el mes lycopersicum L.) in Saudi Arabia
3 (M3) -fase termófila-, la presencia and broccoli (Brassica oleracea L.) in
de bacilos aerobios Gram+, grupo al China; which can represent a serious
cual pertenecen las actinobacterias risk to the sanitary quality of the final
(Steger et al., 2005, 2007) y período product destined for agronomic use
en el cual las temperaturas en ambos (Hassen et al., 2001).
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compost (comedor y jardín) estuvieron However, Pérez et al. (2015)
por encima de 50°C, coincidiendo con also refer to this bacterial genus
lo señalado por Paul (2015) y Cervera (Pseudomonas) as an excellent
et al. (2012). Las actinobacterias, example of the combination of multiple
también han sido descritas como mechanisms through which it exerts
colonizadoras de la rizósfera, effective biological control, including
capaces de ejercer biocontrol, sobre direct antagonism and induction of
hongos fitopatógenos, promover la resistance in the plant.
nodulación y ayudar a los bacteriodes Phytotoxicity determination.
de Rhizobium, a la asimilación del Figure 5 shows the in vitro
hierro, en la fijación de nitrógeno, phytotoxicity test, which combines
en leguminosas, lo cual contribuye, germination and elongation of
indirectamente, a estimular el the root of lettuce seeds (Lactuca
crecimiento vegetal (Escobar et al., sativa); it constitutes a valuable
2012; Cervera et al., 2012; van Elsas y tool to evaluate the composting
Postma, 2007). process in the different phases
Durante el proceso de compostaje, (decomposition, stabilization and
se apreció luego del primer mes la curing) and is expressed as a
presencia de manchas blancas en el germination index (in percentage
interior de las pilas de compostaje; units; % IG).
esto coincide con Menoyo (1995), Figure 5 shows that the dining
quien en un estudio sobre compostaje room and garden compost were
reportó la apreciación visual de free of phytotoxic substances
manchas blancas correspondientes after 50 days of the composting
posiblemente a colonias de hongos, process, coinciding with Zucconi
las cuales generalmente comenzaban et al. (1981), Alburquerque et al.
a aparecer durante la fase termófila. (2006), Riffaldi et al. (1986) and
Por otra parte, Boulter et al. (2000) Gao et al. (2010), regarding that
señalaron que las actinobacterias phytotoxicity during composting,
pueden ser vistas como una película seem to be strictly associated with
blanca en la superficie de la materia the initial decomposition stage
orgánica, al final del proceso de where toxic concentrations of
compostaje. ammonia, soluble salts and short-
También hay que considerar chain organic substances such
la posible aparición de bacilos as acetic, propionic, butyric and
Gram negativos durante la fase de valeric acids are produced. These
enfriamiento, donde se encuentran las authors observed a rapid growth
Pseudomonas, reportadas por Pérez et of the germination index after
al. (2015) como patógenos oportunistas 40 days and stabilizes at the end
en cultivos de importancia económica of the composting period. Other
como el tomate (Solanum lycopersicum authors such as Tiquia (2010)
L.) en Arabia Saudita y el brócoli and Gómez-Brandón et al. (2007)
(Brassica oleracea L.) en China; lo que indicate that ammonium ion and
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