Introducción

La materia orgánica es uno de los más importantes componentes del suelo, su composición es muy variada, pues proviene de la descomposición de animales, plantas y microorganismos presentes en el suelo o de fuentes externas. Aunque no existe un concepto único sobre la materia orgánica del suelo, se considera que es cualquier tipo de material de origen animal o vegetal que regresa al suelo después de un proceso de descomposición en el que participan microorganismos. Incluye hojas, raíces, estiércol, orina, plumas, pelos, huesos, animales muertos, exudados, nemátodos y microorganismos (Román et al., 2013). 

El compostaje es el proceso de descomposición controlada de materia orgánica que resulta en una materia orgánica estabilizada y saneada (libre de agentes patógenos) que puede ser usada para el acondicionamiento o mejoramiento de suelos (Termorshuizen et al., 2004). El proceso de compostaje se conoce desde tiempos prehistóricos, los antiguos egipcios encontraron que el rendimiento de los suelos agrícolas mejoraba si el suelo se trataba con desperdicios de animales domésticos y que el efecto beneficioso era mayor si los desperdicios se mezclaban con lodo o restos de plantas (Neklyudov et al., 2006). Partanen et al. (2010), indicaron que el contenido de oxígeno, humedad, composición de la materia orgánica fuente, pH y temperatura están entre los principales factores que afectan al proceso de compostaje y, por último, al producto final, resaltaron además que estas variables están fuertemente interconectadas.

La estabilidad, madurez y fitotoxicidad son variables de primera importancia para establecer la calidad del compost. Aun cuando en la literatura los términos “estabilidad” y “madurez” frecuentemente se usan como sinónimos; en realidad describen condiciones muy diferentes. Una definición bien aceptada de estabilidad es “la tasa o grado de la descomposición de la materia orgánica” y puede ser determinada por la actividad microbiana y/o la disponibilidad de sustrato. Por su parte, la madurez es definida como el grado de descomposición de las sustancias orgánicas fitotóxicas producidas durante el compostaje y puede ser determinada a través de bioensayos en plantas. La fitotoxicidad resulta de varios factores que incluyen altas cantidades de compuestos orgánicos inestables, metales, sales, amonio y ácidos orgánicos volátiles. Se ha destacado que la estabilidad y madurez son críticos en el uso del compost (Ge et al., 2006).  

Taiwo (2011), señaló que entre los beneficios ambientales del compostaje están la reducción en el uso y ocupación de los vertederos y rellenos sanitarios, menor contaminación de suelos y aguas subterráneas, menor emisión de metano (poderoso gas de efecto invernadero), la reducción en la obstrucción de ríos, canales y drenajes, y las mejoras en la estructura y fertilidad de los suelos.

Schuchardt (2005), indicó que los sistemas de compostaje pueden clasificarse en dos grandes grupos: 1) de no reactor o envase y 2) de reactor o contenedor. El mismo autor señaló que el compostaje ocurre en dos etapas. En la tabla I se observan las características de cada una de ellas.

diferencia de la descomposición o putrefacción natural. El autocalentamiento es debido a la liberación de calor por la actividad metabólica microbiana, que puede ser descrito mediante la siguiente ecuación:

C6H12O6 (ac)  + 6O2 →  6CO2 (ac) + 6H2O

∆G= -667 kcal/mol

El calor así producido inactiva a los agentes patógenos y semillas de plantas, sin embargo, si no es disipado correctamente, conduce a sequedad de la biomasa y la muerte de los microorganismos benéficos y con ello a la falla del proceso.

La degradabilidad y contenido energético de los sustratos, la disponibilidad de humedad y oxígeno y el modo de conservación de energía (aislamiento, pérdidas convectivas) son los factores que inciden en la dinámica del calentamiento durante el compost. El material en descomposición, aún durante un compostaje muy bien aireado, está caracterizado por procesos microbianos aeróbicos y anaeróbicos de ocurrencia simultánea. La relación entre metabolismos aeróbico y el anaeróbico depende de las propiedades físicas del material, incluyendo la estructura, su porosidad, contenido de agua y capacidad, su espacio de aire libre y la disponibilidad de los nutrientes.

Los microorganismos aeróbicos durante la biodegradación necesitan agua y oxígeno para sus actividades. Los productos finales son agua, dióxido de carbono, amonio (o, a temperaturas más altas y pH >7, NH3), nitrato, nitrito, calor y humus o sustancias parecidas al humus. El aire exhalado del metabolismo aeróbico en compost en pilas contiene vapor de agua, dióxido de carbono, amonio y óxido nitroso. Los productos finales en el metabolismo anaeróbico son metano, dióxido de carbono, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amonio, óxido nitroso, gas nitrógeno, y agua.

Martínez et al. (2016) señalaron que durante los 90 días del proceso de compostaje, la variación de la temperatura en los diferentes composts definen cuatro fases: latencia, mesotérmica I, termogénica y mesotérmica II, adicionándose una quinta fase, la de maduración. La primera corresponde a la temperatura inicial (similar a la del ambiente) de haberse instalado los composteros, iniciándose su diferenciación con la fase mesotérmica I (desde el incremento de la temperatura inicial hasta los 45ºC). Esta fase se inicia una vez superado el tiempo de adaptación de los microorganismos al medio, multiplicándose rápidamente y la temperatura se eleva, la otra fase es la termogénica (con temperaturas entre 45ºC-75°C), la fase mesotérmica II (cuando la temperatura desciende entre los 40ºC -45ºC) y la fase de maduración cuando desciende a las temperaturas menores o igual a la del ambiente.

Las densidades de los grupos microbianos (bacterias, actinomicetos y hongos) varían en las diferentes etapas del proceso. En la tabla II, se muestran los números aproximados (Ryckeboer et al., 2003).

generalmente no presentaron variaciones en los tratamientos durante el proceso de compostaje (Figura 1), porque estas bacterias filamentosas pueden crecer a temperaturas entre 30 ºC y 45 ºC (fase mesófila) hasta los 70 ºC (fase termófila), así como también tolerar pH de 9.

Ryckboer et al. (2003), señalaron que se habían descrito unos 70 géneros bacterianos aislados de compost, siendo los principales Achromobacter, Acidovorax, Acinetobacter, Actinomyces, Alcaligenes, Arthobacter,Azotobacter, Bacillus, Brevibacillus, Cellulomonas, Chrysoebacterium, Clostridium, Corynebacterium, Enterococcus, Flavobacterium, Geobacillus, Klebsiella, Methylobacterium, Nocardia, Paenibacillus y Pseudomonas. Vaz-Moreira et al. (2008), determinaron que bacterias del filum Phirmicutes fueron los microorganismos dominantes en composts comerciales y de elaboración casera, y que estos últimos mostraron proporciones más altas de organismos Gram-positivo capaces de inhibir el crecimiento de Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli o Pseudomonas aeruginosa. Rebollido et al. (2008), determinaron que la colonización microbiana en un compost de residuos de sólidos municipales estuvo representada por bacterias, actinomicetos y hongos en proporciones de 44,6, 32,3 y 23,1 %, respectivamente; los géneros dominantes fueron Bacillus, Streptomyces, Actinomyces, Pseudomonas y Azospirillum y que un análisis de regresión múltiple mostró que la temperatura fue el principal factor que influyó sobre los grupos microbianos.

En el co-compostaje de desperdicios de palma aceitera se demostró mediante técnicas de ADN (PCR-DGGE) que el grupo bacteriano dominante cambió del filum Proteobacteria en la etapa termofílica al grupo Chloroflexi en la etapa de maduración (Baharuddin et al., 2009). Moriya et al. (2011), aislaron un nuevo género con dos nuevas especies de bacterias Gram negativo de muestras de compost a alta temperatura (>95 ºC) y las identificaron como Calditerricola satsumensis y C. yamamurae. Usando métodos moleculares, Partanen et al. (2010), demostraron en muestras de compost la presencia de los filotipos bacterianos Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria y Deinococcus-Thermus. Bhatia et al. (2012), indicaron que la más alta diversidad microbiana en compost en tambores rotatorios comparada con la de pilas, resultó en un producto más estable y de mejor calidad microbiológica.

Dehghani et al. (2012), señalaron que las comunidades fúngicas en pilas de compost estuvieron dominadas por los géneros Aspergillus (34,45 %), Microsporium (18,89 %), Trichophyton (8,89 %), levaduras (6,67 %), Mucor (5,565), Penicillium (4,455), Rhizopus (4,45 %), Fusarium (3,34 %), Cladosporium (3,34 %), y Curvularia (3,34 %), destacando la necesidad de medidas preventivas debido a la posible presencia de especies patógenas. En el compostaje de material orgánico de fincas cafeteras en Colombia, los microorganismos de mayor importancia encontrados en sustratos puros y en mezclas, fueron las bacterias Pseudomonas y Bacillus, Streptomyces (actinomicetos) y los hongos Aspergillus y Penicillium (Escobar et al., 2012). 

En un compost de residuos agrícolas, estiércol de ganado y desperdicios de alimentos, se determinó que el número de bacterias aeróbicas disminuyó de 1,2 x 106 UFC/g en la etapa inicial a 1,3 x 104 UFC/g en la final, los hongos de 6,0 x 106 UFC/g a 1,0 x 104 UFC/g mientras que los actinomicetos aumentaron de 5,2 x 105 a 7,4 x 106 UFC/g (Gebeyehu y Kibret, 2013).

Martínez-Nieto y Chaparro-Rico  (2013), aislaron 159 cepas microbianas en compost de macrófitas acuáticas invasoras en una laguna colombiana, que correspondieron con 64 bacterias (40 %), 57 hongos 836 %) y 38 actinomicetos (24 %), identificando los géneros Pseudomonas, Sphingomonas, Alcaligenes, Stenotrophomonas, Bacillus, Arthrobacter, Pimelobacter, Enterobacter, Pigmentiphaga, Agromonas, Providencia y Corynebacterium (bacterias); Aspergillus, Rhizopus, Scopulariosis, Rhizomucor, Mucor, Absidia, Syncephalastrum, Scedosporium, Sepedonium, Memnoniella y Penicillium (hongos) y los actinomicetos Actinomadura, Streptomyces, Nocardiopsis, Nocardioides, Kineosporia, Pseudonocardia, Nonomurae, Actinobispora, Actinokineospora, Actinosynnema y Dactylosporangium, predominando en la etapa termófila las bacterias del phyllum Firmicutes y en la de maduración Proteobacteria y Actinobacteria. 

En el compostaje de cáscaras de café usando 3 tipos de pilas se mostró la presencia de 31 géneros bacterianos que incluyó, entre otros, a Acinetobacter, Actinomyces, Agrobacterium, Alcaligenes, Brevundimonas, Chryseobacterium, Clostridium, Flavobacterium, Lactobacillus, Methylobacterium, Nitrobacter, Nitrosomonas, Pseudomonas, Stenotrophomonas, Streptomyces, Sphingobacterium y Xanthomonas, un análisis estadístico reveló diferencias en la composición de las comunidades bacterianas entre los 3 tipos de pilas (Shemekite et al., 2014). Awopetu et al. (2015), indicaron que la comunidad fúngica en compost de granos gastados de cervecería estuvo dominada por los géneros Alternaria, Aspergillus, Mucor y Rhizopus.

Calidad del compost

La calidad del compost se refiere al estado total del compost en relación con las características físicas, químicas y biológicas, lo que indica el impacto final del compost en el ambiente. La calidad es determinada por la suma de sus diferentes características y propiedades (Lasaridi et al., 2006). Las principales características de la calidad del compost son las siguientes: 1) la apariencia, 2) color, 3) contenido de humedad, 4) proporción carbono a nitrógeno, 5) grado de estabilidad, 6) olor, 7) densidad de microorganismos indicadores, 8) presencia de patógenos como Salmonella sp., 9) contenido de metales pesados, 10) contenido de compuestos orgánicos, 11) tamaño de partículas, 12) conductividad o contenido de sales, y 13) contenido de nutrientes y microelementos (Neklyudov et al., 2006). Durante el compostaje el residuo biodegradable es transformado a un compost estable que aporta beneficios para el crecimiento de las plantas mejorando la fertilidad del suelo. Sin embargo, dependiendo de los materiales de origen y el manejo del proceso, el compost puede contener sustancias nocivas al ambiente, tales como organismos patógenos a animales, plantas y humanos (virus, bacterias, hongos, protozoarios, nemátodos y helmintos), metales pesados y sustancias orgánicas tóxicas (Christensen et al., 2002). Esto ha conducido a que en varios países se hayan establecido normas de calidad para el compost.

En la tabla III, se muestran algunas de las variables de calidad del compost según las normas chilenas (INNCh, 2005).

al inicio (20 días) y final (63) del proceso valores de pH de 9,0 y 7,5; amonio 233 y 17 mg/l y de nitrógeno soluble total de 657 y 199 mg/l (Franke-Whittle et al., 2014). 

Comúnmente, la calidad microbiana del compost se basa en la cuantificación de las bacterias coliformes totales, fecales y enterococos (indicadores) y no en la detección o enumeración directa de los patógenos, pues los indicadores por lo general ocurren a frecuencias más altas que los patógenos y son más fáciles y seguras de detectar. El compostaje de un estiércol bovino redujo en un 99,9 % la densidad de coliformes totales y Escherichia coli (Larney et al., 2003). Lemunier et al. (2005), estudiaron la supervivencia de Listeria monocytogenes y Salmonella entérica inoculados en compost de material vegetal preparado en reactores y determinaron que S. entérica pudo ser recuperada en compost de hasta 12 semanas. Compost de lodo de aguas residuales y aserrín usando 5 tipos de tratamiento mostró valores de pH que variaron de 7,03 a 7,18, proporción C/N de 15,92 a 25,02; NMP de coliformes totales 8.900 a 123.000; coliformes fecales entre 525 a 2.055; y Salmonella sp., de 0,13 a 1,09 (NMP/4 g) según lo reseñaron Bazrafhan et al. (2006). El compostaje experimental a 55 ºC de estiércol bovino mostró la presencia de E. coli, Salmonella y Listeria en el estiércol pero no en el compost después de 3 días, mientras que Mycobacterium avium fue detectada luego de 56 días. (Grewal et al., 2006).

Bess (2008), indicó que la calidad de un compost como inoculante de microorganismos en suelos para fines de mejora puede establecerse según los criterios de la tabla IV.

enmiendas o abonos orgánicos.

4) Debe ponerse más esfuerzos de investigación sobre las capacidades de inhibición o remoción de fitopatógenos por el compost.

5) Se necesita mejorar la evaluación de las ventajas del compost demostrando que es una tecnología indispensable para el manejo sustentable de los suelos y aminorar la emisión de gases de efecto invernadero.

6) La detección de Salmonella sp. en el compost podría ser un indicador de su inadecuada calidad microbiológica.

Referencias

Awopetu, B. A., M. K. Bakare y O Odeyemi (2015). Studies on the physico-chemical and microbiological parameters associated with composting of brewer's spent grains using different activators. Afr. J. Microbiol. Res. 9:6-16.

Baharuddin, A. S., N. Kazuroni, S. Abd-Aziz, M. Tabatabaei, N. A. Abdul R., M. A. Hassan, M. Wakisaka, K. Sakai y Y. Shirai (2009). Characteristics and microbial succession in co-composting of oil palm empty fruit bunch and partially treated palm oil mill effluent. The Open Biotechnol. J. 3:87-95.

Bazrafshan, E., M. A. Zazouli, J. Bafrafshan y A. M. Bandpei (2006). Evaluation of microbiological and chemical parameters during wastewater sludge and sawdust co-composting. J. Appl. Sci. Environ. Manag. 10:115-119.

Bess, V. ( 2008). Evaluating microbiology of compost. BioCycle Magazine. 1:1-3.

Bhatia, A., M. Ali, J. Sahoo, S. Madan, R. Pathania, N. Ahmed y A. A. Kazmi. (2012). Microbial diversity during rotary drum and windrow pile composting. J. Basic Microbiol. 52:5-15.

Bohórquez, A., Y. J. Puentes y J. C. Menjivar (2014). Evaluación de la calidad del compost producido a partir de subproductos agroindustriales de caña de azúcar. Corpoica Cienc. Tecnol. Agropec. 15:73-81.

Bradley, G. G., y Z. K. Punja (2010). Compost containing fluorescent pseudomonas suppress Fusarium root and stem rot development on greenhouse cucumber. Can. J. Microbiol. 56:896-905. 

Casati, S., L. Conza, J. Bruin y V. Gaía (2009). Compost facilities as a reservoir of Legionella pneumophila and other Legionella species. Clin. Microbiol. Infect. 16:945-947.

Christensen, K. K., M. Carlsbaek y E. Kron (2002). Strategies for evaluating the sanitary quality of composting. J. Appl. Microbiol. 92:1143-1158.

Dehghani, R., M. A. Asadi, E. Charkhloo, G. Mostafaie, M. Saffari, G. A. Mousavi y M. Pourbabaei (2012). Identification of fungal communities in producing compost by windrow method. J. Environ. Protection. 3:61-67.

El-Nagerabi, S. A. F., A. E. Elshafie, S. N. Al-Bahry, H. S. Al-Rawahi y H. Al-Burashdi (2011). Physico-chemical and microbial quality of locally composted and imported Green waste composts in Oman. Am. J. Plant Sci. 2:660-668.

Emino, E. R., y P. R. Warma  (2004). Biological assay for compost quality. Compost Sci.  Utilization. 12:342-348.

Escobar E., N., J. Mora D., y N. J. Romero J. (2012). Identificación de poblaciones microbianas en compost de residuos orgánicos de fincas cafeteras de Cundinamarca. Bol. Científico Mus. Hist. Nat. 16:75-88.

Eyras, M. C., C. M. Rostagno y G. E. Defossé  (1998). Biological evaluation of seaweed composting. Compost Sci. Utilization. 6:74-81.

Fernández, R. M., J. M. Gómez y I. B. Estrada (2004). Compost legislation: Sanitization vs biological quality. I International Conference Soil and Compost Eco-biology. 15-17 septiembre. León, España. 16 p.

Franke-Whittle, I. H., A. Confalonieri, H. Insam, M. Schlegelmich, e I. Körner (2014). Changes in the microbial communities during co-composting of digestates. Waste Manag. 34:632-641.

Ge, B., D. McCartney y J. Zeb (2006). Compost environmental protection standards in Canada. J. Environ. Eng. Sci. 5:221-234.

Gebeyehu, R., y M. Kibret (2013). Microbiological and physico-chemical analysis of compost and its effects on the yield of kale (Brassica oleracea) in Bahir Dar, Ethiopia. Ethiop- J. Sci. & Technol. 6:93-102.

Grewal, S. K., S. Rajeev, S. Sreevatsan y F. C. Michel (2006). Persistence of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis and other zoonotic pathogens during simulated composting, manure packing, and liquid storage of dairy manure. Appl. Environ. Microbiol. 72:565-574.

Haq, T., F. A. Khan, R. Begum y A. B. Munshi  (2011). Bioconversion of drifted seaweed biomass into organic compost collected from the Karachi coast. Pak. J. Bot. 43:3049-3051.

Instituto Nacional de Normalización Chile (INNCh, 2005). Compost – Clasificación y requisitos. NCh2880.Of2004.

Khalil, A. I., M. S. Hassouna, H. M. A. El-Ashqar y M. Fawzi (2011). Changes in physical, chemical and microbiological parameters during the composting of municipal sewage sludge. World J. Microbiol. Biotechnol. 27:2359-2369.

Kutsanedsie, F., G. N. K. Rockson y S. Achio  (2012). Comparison of compost maturity, microbial survival and health hazards in two composting systems. J. Microbiol. Biotechnol. Food Sci. 2:175-193.

Lasaridi, K., I. Protopapa, M. Kotsou, G. Pilidis, T. Manios y A. Kyriacou (2006). Quality assessment of compost in the Greek market: The need for standards and quality assurance. J. Environ. Manag. 80:58-65.

Larney, F. J., L. J. Yanke, J. J. Miller y T. A. McAllister (2003). Fate of coliform bacteria in composted beef cattle feedlot manure. J. Environ. Qual. 32:1508-1515.

Lemunier, M., C. Francou, S. Rousseaux, S. Houot, P. Dantigny, P. Piveteau y J. Guzzo ( 2005). Long-term survival of pathogenic and sanitation indicator bacteria in experimental biowaste compost. Appl. Environ. Microbiol. 71:5779-5786.

Marín, J. A., J. L. Moreno, T. Hernández y C. García  (2006). Bioremediation by composting of heavy oil refinery sludge in semiarid conditions. Biodegradation. 17:251-261.

Martínez-Nieto, P., y B. Chaparro-Rico (2013). Microorganismos benéficos para el compostaje de macrófitas invasoras. Rev. AIDIS Ing. Ciencias Amb. 6:73-88.

Martínez V., E.J., J.C. Rodríguez R., Y.C. Marín R. y P.J. López G.(2016). Aspectos microbiológicos durante el compostaje de arribazones de macroalgas marinas con material orgánico estructurante para la elaboración de composts. Rev. Fac. Agron. (LUZ) 3 (en prensa).

Moriya, T., T. Hikota, I. Yumoto, T. Ito, Y. Terui, A. Yamagishi y T. Oshima (2011). Calditerricola satsumensis gen nov., sp. nov. and Calditerricola yamamurae sp. nov., extreme thermophiles isolated from a high-temperature compost.  Int. J. System. Evol. Microbiol. 61:631-636.

Neklyudov, A. D., G. N. Fedotov y A. N. Ivankin  (2006). Aerobic processing of organic waste into compost. Appl. Biochem. Microbiol. 42:341-353.

Partanen, P., J. Hultman, L. Paulin, P. Auvinen y M. Romantschuk (2010). Bacterial diversity at different stages of the composting process. BMC Microbiol. 10:1-11.

Rebollido, R., J. Martínez, Y. Aguilera, K. Melchor, I. Koerner y R. Stegmann (2008). Microbial populations during composting process of organic fraction of municipal solid waste. Appl. Ecol. Environ. Res. 6:61-67.

Román, P., M. M. Martínez y A. Pantoja (2013). Manual de compostaje del agricultor – Experiencias en América Latina. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). Oficina Regional para América Latina y El Caribe. FAO, Santiago de Chile. E-ISBN 978-92-5-307845-5. 112 p.

Ryckboer, J., J. Mergaert, K. Vaes, S. Klammer, D. de Clercq, J. Coosemans, H. Insam y J. Swings  (2003). A survey of bacteria and fungi occurring during composting and self-heating process. Ann. Microbiol. 53:349-410.  

Schuchardt, F. (2005). Composting of organic waste. In: Environmental Biotechnology. Concepts and Applications. Jördening H. J. and J. Winter (Eds.). Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA, Weinheim. ISBN: 3-527-30585-8. 333-354.

Shemekite, F., M. Gómez-Brandón, I. H. Franke-Whittle, B. Praehauser, H. Insam y F. Assefa (2014). Coffee husk composting: An investigation of the process using molecular and non-molecular tools. Waste Manag. 34:642-652.

Taiwo, A. M. (2011). Composting as a sustainable waste management technique in developing countries. J. Environ. Sci. Technol. 4:93-102.

Termorshuizen, A. J., S. W. Moolenaar, A. H. Veeken y W. J. Blok ( 2004). The value of compost. Rev. Environ. Sci. Bio/Technol. 3:343-347.

Tiquia, S. M. (2002). Evolution of extracelular enzyme activities during manure composting. J. Appl. Microbiol. 92:764-775.

Trama, B., J. D. Santos F., G. Labuto, J. C. Franco de Oliveira, C. Viana-Niero, R. C. Pascon y  M A. Vallim  (2014). The evaluation of bioremediation potential of a yeast collection isolated from composting. Adv. Microbiol. 4:796-807.

 Umsakul, K., Y. Dissara y N. Srimuang (2010). Chemical, physical and microbiological changes during composting of the water hyacinth. Pakistan J. Biol. Sci. 13:985-992.

Vaz-Moreira I., M. E. Silva, C. M. Manaia y O. C. Nunes (2008). Diversity of bacterial isolates from comercial and homemade composts. Microb. Ecol. 55:714-722.