BIOPROCESAMIENTO // Fertilizantes orgánicos líquidos

in steemstem •  14 days ago
¡Saludos estimados amigos, seguidores e integrantes! de la plataforma Steemit.

Sirva la oportunidad, para compartir con toda la comunidad científica de la plataforma Steemit, un nuevo artículo sobre BIOPROCESAMIENTO, en esta ocasión sobre los elementos tecnológicos utilizados en la elaboración de los fertilizantes orgánicos líquidos, entre estos; método de producción y procedimientos biotecnológicos empleados para la valorización físico-química de estos productos orgánicos (Bio-productos) a nivel de laboratorio.

El post se presenta, bajo la narración científica y audiovisual esperando sea de gran aporte académico, y del agrado de todos los miembros de la comunidad académica en Steemit, especialmente para los usuarios de #steemstem y #stem-espanol.

Video 1. Presentación Post – BIOPROCESAMIENTO // Fertilizantes orgánicos líquidos. Edición: @lupafilotaxia.

Introducción

A los fertilizantes orgánicos líquidos, también se le suele designar como biofertilizantes líquidos ó bioles, conceptualmente son Bio-productos que se originan mediante la acción metabólica que ejercen microorganismos anaeróbicos, sobre la descomposición de materiales orgánicos de origen animal y vegetal, en recipientes cerrados llamados biodigestores, los biofertilizantes líquidos como generalmente se les suele llamar, contienen concentraciones considerables de macro y micronutrientes, fitorreguladores y otros metabolitos con bioactividad específica, que al ser aplicados en especies cultivadas promueven ciertas actividades fisiológicas, estimulando con ello el crecimiento vegetativo, desarrollo y fructificación [7].

Conviene subrayar que los biofertilizantes líquidos elaborados en biodigestores, son ampliamente procesados de forma artesanal, este aspecto no industrializado además de disminuir los costos de producción, no contamina los ecosistemas lográndose con esto, incrementar la producción de los cultivos bioeficientemente y de forma simultánea darle una reutilización a los desechos orgánicos, que muchas veces lo que hacen es contaminar el suelo y el agua dulce destinada para el consumo humano, es por ello y en base a estas consideraciones, que el objetivo de este post consiste en describir la técnica de producción mediante biodigestión y los métodos empleados para las determinaciones de los principales indicadores de calidad físico-química de estos Bio-productos líquidos.

Biofertilizantes líquidos

Uso en la agricultura

Estos Bio-productos en presentación líquida, funcionan como promotores de crecimiento en las plantas cultivadas, gracias a la presencia de hormonas vegetales (adeninas, purinas, auxinas, giberelinas y citoquininas) que provienen de las reacciones metabólicas inducidas por las bacterias que actúan en la fermentación anaeróbica propia del proceso, situación altamente beneficiosa que permite disminuir el uso de los fertilizantes químicos ampliamente utilizados en las actividades agrícolas para estimular la producción vegetativa en los cultivos [3].

Imagen 1. Biofertilizante en presentación líquida, a base de Macrófitas acuáticas y estiércol bovino. Autor: @lupafilotaxia.

Otro aspecto, favorable de los biofertilizantes líquidos en la agricultura, es que estos Bio-productos, pueden ser aplicados en dosis crecientes o de forma concentrada (estado puro), el método de aplicación más usado es por aspersión directamente sobre el follaje de los cultivos, bien sea de; ciclos cortos, anuales, bianuales, perennes, gramíneas, especies forrajeras, leguminosas, frutales, hortalizas, raíces, tubérculos u plantas ornamentales [1].


Tabla 1. Composición bioquímica estimada de los fertilizantes orgánicos líquidos, de acuerdo a [1]:


Compuestos
Fertilizantes orgánicos líquidos (mg/g)
Acido indo acético
8,19
Giberelinas
Trazas
Purinas
----
Tiaminas (B1)
159,0
Riboflavina (B2)
5,4
Piridoxina (B6)
8,8
Ácido pantotenico
142,0
Cianocobalamina (B12)
4,4
Triptófano
26,0

Dentro de las principales ventajas, que exhiben los biofertilizantes líquidos en la agricultura se encuentran;

➊ Permiten un mejor intercambio catiónico en el suelo ampliándose la disponibilidad de nutrientes asimilables.

➋ Ayudan a mantener la humedad del suelo y creación de un microclima adecuado para las plantas, promoviendo actividades fisiológicas.

➌ Estimulan el desarrollo de las plantas, al actuar sobre el enraizamiento, emisión de follaje, floración activa y poder germinativo en las semillas.

➍ Aumentan la resistencia a plagas y enfermedades que deterioran la salud de los cultivos.

➎ Conservan valores balanceados de N, P, K, Ca, debido al proceso de descomposición anaeróbica, aspecto que permite aprovechar totalmente los nutrientes de la fracción orgánica.

➏ Disponen de nitrógeno en forma amoniacal fácilmente asimilable por las especies cultivadas.


Tabla 2. Composición química estimada de los fertilizantes orgánicos líquidos, de acuerdo a [1]:


Compuestos
Fertilizantes orgánicos líquidos (%)
Sólidos totales
5,6
Materia orgánica
38,0
Fibra
20,0
Nitrógeno
1,6
Fósforo
0,2
Potasio
1,5
Calcio
0,2
Azufre
0,2
Nitrógeno amoniacal
0,3

Factor suelo

Los biofertilizantes líquidos, juegan un papel importante en la recuperación de la fertilidad del suelo, no solo por el aporte de elementos minerales como el nitrógeno, fosforo, potasio, calcio y magnesio, sino no también, por la adición de microorganismos benéficos que mejoran la biota del suelo, por otro lado, los productores agrícolas han venido utilizando con mayor frecuencia biofertilizantes líquidos, como un reemplazo a los fertilizantes convencionales (sintéticos), esto por el efecto estimulante de los fertilizantes orgánicos líquidos sobre el crecimiento de plantas a través de la síntesis de sustancias que fortalecen el equilibrio nutricional, igualmente es importante resaltar, que en pruebas de campo llevadas a cabo en diferentes países, se ha demostrado que estos Bio-productos activan mecanismos de defensa en las plantas, logrando que los cultivos sean menos propensos al ataque de plagas y enfermedades [7].

Técnicas y métodos de elaboración

Biodigestión

Los biofertilizantes líquidos, pueden elaborarse mediante la técnica de biodigestión anaeróbica, este procedimiento consiste en agregar los residuos orgánicos en un recipiente con tapa (BIODIGESTOR), que permita efectuar un cierre hermético, a la tapa se le abre una abertura en la parte central y se le coloca una manguera de aproximadamente 50 cm de largo, con la finalidad de que sean expulsados los gases que se generan durante el proceso de fermentación, está debe conectarse a un envase con agua, el tiempo de fermentación oscila entre 20 y 30 días y va a depender de los materiales adicionados [5].

Imagen 2. Biodigestor plástico con capacidad de 200 litros. Autor: @lupafilotaxia.

Funcionamiento del biodigestor

Para el correcto funcionamiento del biodigestor, se debe garantizar la calidad de la materia prima o biomasa, monitorear que la temperatura de digestión se mantenga entre los 25 y 35 °C, pH alrededor de 7.0 y las condiciones herméticas de cerrado del biodigestor, todo esto, para crear las condiciones idóneas en cada una de las actividades anaeróbicas del proceso, del mismo modo, es importante considerar la relación de materia seca y agua, que implica el grado de partículas en la solución, se recomienda que la cantidad de agua, se situé alrededor del 90% en peso del contenido total, tanto el exceso como la falta de agua son perjudiciales, por otro lado es importante mencionar que la cantidad de agua varía de acuerdo con la materia prima destinada a la fermentación [7].

Microorganismos anaeróbicos

Dentro de los microorganismos anaeróbicos, que se han registrados en los procesos de biodigestión se encuentran; bacterias hidroliticas, fermentadoras, acetonogenicas obligadas, sulfato reductoras, homoacetogenicas, metanogenicas y desnitrificantes, estás bacterias actúan en ciclo anaerobio de descomposición y mineralización de los compuestos orgánicos disponibles en los materiales usados como materia prima para la elaboración de los biofertilizantes líquidos [4].

Método de Bio-producción

Los materiales orgánicos de origen animal y vegetal, se deben agregar en el biodigestor, bien sea, en tambores plásticos de 200 litros de capacidad o tanques de mayor capacidad construidos de cemento u metal, de acuerdo a [7], la proporción ideal de materiales debe responder a la siguiente formulación; 40 kilogramos de estiércol vacuno o gallinaza, 10 kilogramos de biomasa fresca vegetal, 1 kilogramo de cenizas, 1 litro de melaza, 1 litro de leche, estos materiales deben mezclarse en agua hasta completar los 200 litros, se recomienda la adición de levadura u otros microorganismos que puedan acelerar el proceso, una vez concluido el proceso de biodigestión de la mezcla, se procede a extraer el biofertilizante líquido resultante a través del uso de tamices, separando con ello los materiales sólidos que no lograron degradarse en el bio-proceso.


Tabla 3. Fuentes energéticas utilizadas en la elaboración de biofertilizantes líquidos, de acuerdo a [7]:


Fuentes energéticas
Cantidad recomendada
Estiércol
40 k
Material vegetal
10 k
Ceniza
1 k
Melaza
1 k
Leche
1 k


Imagen 3. Mezcla de fuentes energéticas utilizadas en la elaboración de biofertilizante líquido. Autor: @lupafilotaxia.

Determinaciones físico-químicas

En este segmento del post, se describirán de forma detallada las principales técnicas de análisis utilizadas para las determinaciones físico-químicas de los biofertilizantes líquidos, de acuerdo a la normativa TMECC (Métodos de ensayo para el análisis de compost y compostaje), en este sentido, se socializarán procedimientos de ensayos experimentales ejecutados en el Laboratorio de Análisis Químico de la Universidad Nacional Experimental Sur del Lago (LAQUNESUR) ubicado en el municipio Colón, Santa Bárbara, estado Zulia - Venezuela, esquematizándose los siguientes métodos;

Video 2. Método de Bio-producción y determinación analítica de los biofertilizantes líquidos. Edición: @lupafilotaxia.

Nitrógeno total / método Kjeldahl

Para determinar el nitrógeno total de los biofertilizantes líquidos, se empleó el método de digestión y destilación mediante Kjeldahl descrito en TMECC [8], para ello se utilizaron los siguientes equipos, materiales e insumos; digestor DK-20, equipo de destilación PRO-NITRO S, buretas, vasos precipitados, plancha de calentamiento, tubos Kjeldahl y reactivos (ácido bórico, ácido sulfúrico, etanol, sulfato de cobre, rojo de metilo).

El procedimiento, consistió en digerir los Bio-productos sometiéndolos a calor extremo (temperaturas elevadas cercanas a los 400ºC) y en condiciones ácidas, usando sulfato de cobre como catalizador, esto con la finalidad de convertir los elementos orgánicos nitrogenados a compuestos amoniacales.

Imagen 4. Equipo DK-20 de VELP Scientifica para digestiones. Autor: @lupafilotaxia.

Una vez se obtuvieron las muestras digeridas, se dejaron reposar los tubos Kjeldahl hasta temperatura ambiente, seguidamente se llevaron al sistema de destilación, allí una vez concluido el proceso de transporte de vapor de agua, se procedió a la determinación amoniacal mediante titulación, esto para conocer los valores de amonio disponible en cada Bio-producto destilado.

Imagen 5. Equipo de destilación PRO-NITRO S. Autor: @lupafilotaxia.

pH / método lectura directa

El pH de los biofertilizantes líquidos, se determinó por lectura directa mediante el uso de pH metro portátil de trabajo múltiple, Marca: OKATON, bajo una relación de 1:5 para las muestras de biofertilizantes líquidos de acuerdo a lo descrito en TMECC [8].

De acuerdo al método de lectura directa, antes de iniciar las mediciones se debe calibrar el equipo con soluciones Buffer (patrones de pH 4, 7 y 10), seguidamente colocar la muestra, introducir el electrodo y por último tomar la lectura del valor constante.

Imagen 6. Medidor de pH/mV/°C meter 9033 Multi-range. Autor: @lupafilotaxia.

Conductividad eléctrica / método lectura directa

La conductividad eléctrica (C.E) de los biofertilizantes líquidos, se determinó por lectura directa mediante el uso de un Conductímetro HI 9033 Multi-range [6].

La técnica de medición de la conductividad eléctrica en los biofertilizantes líquidos, consistió en introducir el conductímetro en las muestras líquidas, obteniendo las lecturas fijas expresadas en mS/cm.

Imagen 7. Medidor de C.E/ HI 9033 Multi-range. Autor: @lupafilotaxia.

Fosfatos / método colorimétrico

La valoración de los fosfatos presentes en los biofertilizantes líquidos, se determinó vía colorimétrica utilizando para ello el método estándar del ácido ascórbico, la absorbancia de cada muestra se medió en espectrofotómetro UV-Vis [8].

El procedimiento analítico para estimar la concentración de compuestos a base de fosfatos en los Bio-productos, se fundamentó en, realizar una extracción de la muestra utilizando para ello bicarbonato de sodio (NaHCO3), seguidamente se realizó su lectura y determinación espectrofotométrica.

Imagen 8. Fenolftaleína como indicador, se aprecia coloración marrón en las muestras de biofertilizantes líquidos. Autor: @lupafilotaxia.

APORTES CIENTÍFICOS DE ESTA PUBLICACIÓN


  • En este post, los aportes científicos se centraron en socializar procedimientos técnicos para la producción de biofertilizantes líquidos mediante el método de biodigestión, cuyo medio de elaboración es altamente aceptado y empleado en la agricultura agroecológica, por las características de calidad mineral y microbiológica que exhiben los Bio-productos finales, y al mismo tiempo presentar procedimientos a nivel de laboratorio con la finalidad de orientar desde el punto de vista científico, los métodos generalmente empleados para realizar las determinaciones de los principales indicadores físico-químicos de los biofertilizantes líquidos, en la búsqueda de presentar a los profesionales de la agronomía y agroecología alternativas confiables de trasformación de materiales orgánicos a biofertilizantes, además de mostrar los aspectos normativos de valorización según los procedimientos TMECC 2002 para estos Bio-productos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS Y CITADAS:


[1] Bejarano C., Méndez H., y Gordillo E. Fertilización Orgánica comparada con la Fertilización Química en el Cultivo de Fréjol (Phaseolus vulgaris), para minimizar el efecto de Degradación del Suelo. Tesis de pre-grado. Universidad Técnica del Norte. Facultad de Ingeniería en Ciencias Agropecuarias y Ambientales. Provincia de Ibarra, Ecuador. 2004;128.

[2] Cope W. Kjeldahl modification for determination of nitrogen in nitro substitution compounds. J. Ind. Eng. Chem. 1916; 8:592-593.

[3] Galindo A. ; Jerónimo C., Spaans E. y Weil M. Los abonos líquidos fermentados y su efectividad en plántulas de papaya (Carica papaya L.). Revista de la Universidad EARTH. 2007;3:1:91-96.

[4] Hayes T., Jewell W., Orto D., Franconi K., Genschener A., and Sherman D. Anaerobic digestion of cattle manure. pp. 255-286. In: A. Stafford, B.I. Wheatley y D.E. Hughes. Anaerobic digestion. Applied Science Publishers. London, England. 1979.

[5] Kennedy J., and Berg D. Anaerobic digestion of piggery waste using a stationary fixed film reactor. Agric. Wastes. 1982;4:151-158.

[6] Rhoades J. Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids. p. 417-435. In J. M. Bartels et al. (ed.) Methods of Soil Analysis: Part 3. Chemical Methods 3rd. ed. ASA and SSSA, Madison, WI. Book series no. 5. 1996.

[7] Ricardo S., Prada M., y Paz L. Estudio de la producción de bioles a pequeña escala a partir de tres estiércoles y su posible uso agrícola. TG – UNESUR. 2013;98.

[8] TMECC. Test Methods for the Examination of Composting and Compost. USDA. The Composting Council Research and Education Foundation. 2002.

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Gracias @tramelibre por tu visita al blog, correcto trabajos desarrollados en Venezuela en espacios universitarios, aún cuando nuestros laboratorios en los actuales momentos no disponen de suficientes reactivos y muchos equipos presentan problemas operativos, tratamos de no desmayar y continuar junto a nuestros estudiantes realizando investigaciones en el área agropecuaria con tendencias de manejo sustentable de materiales orgánicos, como por ejemplo biomasa fresca de Macrófitas acuáticas.

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¡Magnífico artículo profesor Luis!, la utilización de biofertilizantes es clave para disminuir el uso de productos de origen sintético que tanto daño hacen por el uso indiscriminado que se les suele dar; asimismo, en su escrito usted resalta de una manera muy amena la importancia y el como se debe proceder para determinar la composición físico-quimica y demás, del producto final (biofertilizante) obtenido, aspecto que es de mucha importancia desde el punto de vista académico y científico, lo felicito y le agradezco el compartir este excelente material, saludos!.

·

Saludos amigo @abneagro, agradecido con tu visita al blog, indiscutiblemente la clave para contrarrestar el exagerado uso de fertilizantes químicos, es promover la utilización de Biofertilizantes rol preponderante que nos corresponde asumir precisamente socializando contenido que tiendan a suministrar información técnica para la producción y valorización de este tipo de bioproductos. Saludos cordiales, sigamos creciendo.

Saludos amigo @lupafilotaxia, excelente aporte para dar a conocer más sobre los aspectos técnicos de la elaboración de bioproductos, que como bien dices, se pueden llevar a cabo de forma artesanal tal que se pueden implementar sin mayor complicación, aprovechando así materiales que de otra forma se convertirían en desechos y dándole el valor agregado al cultivo de usar biofertilizantes. Sobre el biodigestor te pregunto, ¿por qué conectar la manguera para la salida de los gases a un envase con agua? al leer creí que era colocada para sumergir la punta en el agua a fin de que los gases salieran pero no entrara aire, pero en la imagen solo me parece ver que se conecta a la punta del envase.

·

Saludos amigo @emiliomoron, gracias por tu visita al blog y valoración positiva, sin duda alguna como bien lo expresas, aprovechar los materiales disponibles en las unidades de producción Agropecuaria para elaborar Bio-productos, significa la posibilidad cierta de romper en gran medida la dependencia que los productores tienen por productos sintéticos. Respecto a tu pregunta “¿porqué conectar la manguera para la salida de los gases a un envase con agua?”., conectar la manguera a otro reciente (en nuestro caso botella plástica) tiene múltiples propósitos.

- En cuanto al propio proceso de biodigestión, la botella con agua sirve;
a. Como reservorio de moléculas de los gases liberados en la fermentación
b. Como medio para atrapar el calor (energía liberada en el proceso de biodigestión)

- Desde el punto de vista técnico, la botella con agua funge como;
a. Indicador de acción anaeróbica, pues las burbujas que aparecen en el agua o sobre las paredes de la botella, revelan que el proceso se encuentra activo.
b. Indicador de culminación del proceso de descomposición y fermentación, al no observar la presencia de burbujas en el agua o paredes de la botella.

Ahora bien, la manguera se puede colocar de dos formas; en el extremo superior (tapa con orificio) del recipiente (botella plástica) ó debajo del nivel del agua en la botella, por experiencia en campo recomiendo colocar la manguera en el extremo superior, pues de esta forma se podrá apreciar las burbujas en las paredes del recipiente, y no existe el riesgo de dañar el proceso, esto ya lo hemos comprobado al obtener Bio-productos finales con la coloración adecuada (color marrón miel), olor característico y valoración físico-química.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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Excelente amigo, gracias por la aclaratoria. Felicidades por crear tan buen material, sigamos creciendo!

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Saludos, agradecido con el apoyo brindado por el equipo de curación del Proyecto Entropía.

Como siempre excelente ...estimado @lupafolotaxia. Felicitaciones por este material tan valioso. Éxitos !

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Gracias estimado amigo @tomastonyperez, honrando con tu visita al blog y valoración positiva. Saludos cordiales.

Maravilloso aporte como todos los que acostumbra a traernos @lupafilotaxia. Este tema es bastante enriquecedor y del cual espero tener provecho. Excelente mi estimado. Saludos

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Saludos amiga @maurelvys, gracias por tus palabras espero que en efecto el contenido pueda ser de tu utilidad. Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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Buen artículo mi estimado @lupafilotaxia, una vez mas nos entregas tus valiosos conocimientos. El bioprocesamiento de materiales orgánicos ha tomado particular interés en las prácticas agrícolas, por lo que el trabajo que presentas es de suma importancia. Interesante la mezcla que muestra para la elaboración del biol, ya que son de fácil acceso y de hecho forma parte de los recursos locales de zonas agrícolas, lo que promueve un reciclaje de nutrientes, traduciéndose esto en una producción mas sana y económica. Éxito. Sigamos cultivando ciencia.

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Saludos estimada @pinedaocl, gracias por visitar el blog así es el bioprocesamiento de materiales orgánicos viene tomando fuerza dentro de las prácticas de manejo agropecuario, aspecto ventajoso en la lucha por constituir una producción agrícola ambientalmente amigable.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

Saludos mi estimado @lupafilotaxia, me gusta mucho tu publicación ya que es el procesamiento de un fertilizante muy útil para nuestros cultivos y quería preguntarte ¿podemos considerarlo de bajo costo?