PIRÓLISIS // Descomposición orgánica mediante acción termomicrobiológica

in steemstem •  2 months ago
¡Saludos estimados amigos, seguidores e integrantes! de la plataforma Steemit.

Sirva la oportunidad, para compartir con toda la comunidad académica de la plataforma Steemit, información científico-técnica de la DESCOMPOSICIÓN ORGANICA, específicamente sobre Inducción termomicrobiológica mediante Pirólisis, a través del uso de láminas de polietileno colocadas encima de las pilas de producción para obtener Bio-productos sólidos a base de materiales recalcitrantes.

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 PIRÓLISIS // Descomposición orgánica mediante acción termomicrobiológica. Edición: @lupafilotaxia.

Introducción

En agroecología, la principal estrategia conocida para mejorar la calidad mineral de los Bio-productos sólidos, entre estos; abonos orgánicos o compost es la aplicación de microorganismos termófilos como la levadura Saccharomyces cerevisiae y la bacteria Bacillus stearothermophilus que al adicionarlos en las mezclas, mejoran el proceso de compostaje al incrementar la temperatura y con ello, mineralizar la fracción orgánica recalcitrante en los residuos vegetales (lignina, celulosa y hemicelulosa) y al mismo tiempo eliminar los organismos patógenos provenientes de focos de contaminación ambiental como Escherichia coli y Salmonella [1].

Figura 1. Biotransformación termomicrobiológica en condiciones aérobicas de materiales orgánicos lignocelulósicos. Autor: @lupafilotaxia.

Ahora bien, es importante indicar la existencia de otras Alternativas termomicrobiológicas, que permiten inducir la descomposición de la materia orgánica lignificada, entre estas, la Pirólisis cuyo proceso de biodegradación puede emplearse en la elaboración Bio-productos sólidos, al colocar láminas de polietileno sobre los materiales orgánicos previamente mezclados, logrando de esta manera, incrementar la temperatura del proceso en ausencia de oxígeno.

En consecuencia, la finalidad de este post se fundamenta en esquematizar el proceso de biotransformación orgánica y simultáneamente presentar resultados experimentales sobre Inducción termomicrobiológica mediante pirólisis, a través del uso de láminas de polietileno sobre las pilas de producción en Bio-productos sólidos a base de materiales recalcitrantes.

Pirólisis

Desde el punto de vista biológico, se entiende por Pirólisis al proceso de descomposición química de materiales orgánicos principalmente lignocelulósicos, mediante condiciones de elevadas temperaturas y en medios anaeróbicos (ausencia de oxígeno) [3].

Imagen 1. Aserrín de madera como fuente orgánica lignocelulósica. Autor: @lupafilotaxia.

Biotransformación pirolítica

La pirolisis de biomasa vegetal, es una técnica anaeróbica comparativamente nueva en oposición a los procesos aeróbicos tradicionalmente utilizados para la transformación de la materia orgánica a sustancias solubles útiles para el crecimiento de especies vegetales cultivadas, la pirolisis surge como método alternativo dónde se manipula la variable temperatura en ciertas fases del proceso, con el objeto de reciclar o reutilizar el contenido mineral presente en los residuos vegetales sometidos a la degradación y mineralización propias de la elaboración de Bio-productos sólidos.

El proceso de biotransformación pirolítica de residuos vegetales, se optimiza al colocar láminas o bolsas de polietileno sobre la pila de materiales a biodegradar, esto para generar calor y evitar la entrada de oxigeno, desencadenando actividades microbiológicas de organismos anaeróbicos productores de metano (CH4), ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y sustancias nutritivas generalmente destinadas como biofertilizantes en la agricultura ecológica [2].

Figura 2. Biotransformación termomicrobiológica en condiciones anaérobicas de materiales orgánicos lignocelulósicos. Autor: @lupafilotaxia.

Tecnología pirolítica

Método de Bio-producción pirolítica

Con el objeto de socializar elementos tecnológicos pirolíticos relacionados a la degradación, mineralización y estabilización de materiales orgánicos recalcitrantes, en este segmento del post, se detallaran procedimientos experimentales ejecutados en el área de compostaje del Jardín Botánico de la Universidad Nacional Experimental Sur del Lago, ubicada en el municipio Colón, Santa Bárbara, estado Zulia – Venezuela.

Video 2. Método de Bio-producción pirolítica mediante inducción termomicrobiológica. Edición: @lupafilotaxia.

Área de incubación

Para dar inicio al proceso de biotransformación pirolítica, se debe instalar un área de incubación, dónde se elaborarán los Bio-productos sólidos; A. Con inducción termomicrobiológica (bolsas de polietileno sobre las pilas), B. Sin inducción termomicrobiológica, para su establecimiento se recomienda destinar una superficie de 12 m2 aproximadamente, en cuanto a las mezclas en las pilas, [4] estima conveniente adicionar los siguientes materiales; Aserrín de madera 10 k., E.crassipes 10 k., Estiércol bovino 5 k y Tierra fresca 5 k.

Imagen 2. Formación de las pilas a compostar, mediante la adición de materia prima a base de aserrín de madera, biomasa de E. crassipes, estiércol bovino y tierra fresca. Autor: @lupafilotaxia.

Inducción termomicrobiológica

La Pirólisis como proceso de biodegradación, consiste en generar condiciones termomicrobiológicas en las pilas a compostar, para ello culminada la fase termófila, [6] plantea se coloquen desde la semana cuatro (04) bolsas de polietileno de alta densidad y de color negro sobre las mezclas obtenidas, esto para mantener temperaturas entre los 40 y 60°C durante dos (02) semanas adicionales al cierre del ciclo termófilo aeróbico, para luego retirar las bolsas de polietileno en la semana seis (06), permitiendo con ello el reposo y maduración de los Bio-productos sólidos.

Imagen 3. Inducción termomicrobiológica mediante el empleo de bolsas de polietileno de alta densidad y de color negro sobre las mezclas obtenidas. Autor: @lupafilotaxia.

Determinaciones físico-químicas

Para conocer los valores de estabilidad y calidad nutricional de los Bio-productos sólidos que se obtengan mediante inducción termomicrobiológica, lo recomendable es efectuar análisis físico-químicos de; pH, humedad, nitrógeno total, fosforo y Potasio, siguiendo las metodologías de laboratorio establecidas en TMECC 2002.

Bioensayos de fitotoxicidad

Para determinar la madurez y viabilidad agronómica de los Bio-productos sólidos elaborados por Pirólisis, se deben ejecutar pruebas de fitotoxicidad mediante bioensayos de germinación, utilizando preferiblemente semillas de Solanaceae como especies indicadoras y registrando para ello, los porcentajes de germinación en un lapso de tiempo determinado [5].

Resultados de eficiencia termomicrobiológica

Para comprobar la eficiencia termomicrobiológica, compartiré con todos ustedes datos experimentales que indican el efecto de la Pirólisis, para acelerar el proceso de degradación, estabilización y mineralización de los Bio-productos sólidos a base de materiales recalcitrantes, aspecto que demuestra su viabilidad técnica, para promover la calidad mineral en el proceso de compostaje, esto de acuerdo a la valoración fisico-química (ver tabla 1) [4].


Tabla 1. Determinación físico-química de los Bio-productos sólidos sometidos a inducción termomicrobiológica [4].

Parámetro
Bio-producto / Con inducción termomicrobiológica
Bio-producto / Sin inducción termomicrobiológica
pH
>7,5
>7,5
Humedad
29,1%
26,3%
Nitrógeno total
4,82 %
3,05 %
Fósforo
1,34%
1,22%
Potasio
0,91%
0,86

En lo que respecta a la fitotoxicidad, los Bio-productos sólidos con inducción termomicrobiológica, pueden alcanzar porcentajes de germinación superiores al 85% (ver tabla 2) [4].


Tabla 2. Viabilidad agronómica de los Bio-productos sólidos sometidos a inducción termomicrobiológica, se indican porcentajes de germinación a los 28 días [4].

Especies
Bio-producto / Con inducción termomicrobiológica
Bio-producto / Sin inducción termomicrobiológica
C. chínense
93%
89%
C. annuum
89%
87%
S. esculentum
86%
86%

APORTES CIENTÍFICOS DE ESTA PUBLICACIÓN


  • Los elementos socializados en el post, revelan que la Pirólisis como técnica agroecología alternativa acelera el proceso de degradación, estabilización y mineralización en Bio-productos sólidos obtenidos al mezclar residuos ricos en materiales orgánicos lignocelulósicos como el aserrín de madera, y demuestra la viabilidad agronómica que presentan estos Bio-productos sometidos a acciones termomicrobiológicas, para promover el crecimiento de embriones vegetales, al no encontrarse efectos fitotóxicos en bioensayos realizados con especies del taxón Solanaceae.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS Y CITADAS:


[1] Biddlestone A., Gray K., and Day C. Composting and straw decomposition. In: Environmental Biotechnology (Eds Forster C., and Wase A. Ellis Horwood Limited Publishers, Chichester, Engalnd, 1987;135–175.

[2] Fergus C. Thermophilic and thermotolerant molds and actinomycetes of mushroom compost during peak heating. Mycologia. 1964;56:267–284.

[3] Lillian F. Procesos microbianos. Editorial de la Fundación Universidad Nacional de Río Cuarto Argentina. 1999; 332.

[4] Paz L., Ramírez J., Peñaloza T. Compost a base de las plantas acuáticas (Eichhornia crassipes L y Limnocharis flava L.) y su efecto en el pimentón (Capsicum annuum L.). TG – UNESUR. 2012;69.

[5] Rodríguez J., Marcano A., y Montaño N. Caracterización química del composte nutribora y su uso combinado con un fertilizante comercial en el cultivo de tomate. Interciencia. 2004;29:005:267- 273.

[6] Schulze K. Continuous thermophilic composting. Appl. Microbiol, 1962;110:108–122.

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

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Hola, este post ha sido propuesto para ser votado por Cervantes. Saludos.

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Gracias por la atención y lectura del post para su valoración respectiva.

Excelente post compañero @lupafilotaxia. ¿Lo que se busca es que por medio del incremento del calor, hacer más efectivo el abono, en el proceso de producción y sin incorporar algún aditivo? No es mi área de especialidad esta rama de la ingeniería, pero despiertan curiosidad estos temas. Me imagino que acá hay mucha estadística de por medio. ¿Qué tipos de análisis estadísticos utilizan con mayor frecuencia? Saludos compañero, y felicidades por tu post, éxitos!!!

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Saludos amigo @eliaschess333, agradecido nuevamente por tu visita al blog, respecto a tus preguntas;

1.- ¿Lo que se busca es que por medio del incremento del calor, hacer más efectivo el abono, en el proceso de producción y sin incorporar algún aditivo? .
En efecto, la idea es inducir una segunda fase de degradación termófila sin necesidad de adicionar de forma exógena microorganismos, al colocar bolsas de polietileno prácticamente estamos cerrando la pila y creando condiciones anaeróbicas, que permiten la proliferación inmediata de microorganismos en la masa a compostar, lo que libera energía (calor) que al quedar atrapada se mantiene por el lapso que se determine mantener el proceso en esas condiciones (lo recomendable son dos (02) semanas, pues en un mayor periodo se pueden presentar perdidas de sustancias nutritivas por volatilización).

2.- ¿Qué tipos de análisis estadísticos utilizan con mayor frecuencia? .
Respecto a los análisis estadísticos, estos estarán sujetos de acuerdo al diseño experimental y al manejo de las variables en el proceso de compostaje o biotransformación de la materia orgánica, generalmente en nuestro caso, acudimos al Análisis descriptivo para conocer el comportamiento de la temperatura y humedad durante el proceso, además Análisis de varianza y comparación múltiple de medidas para realizar el contraste entre los tratamientos, y en algunas situaciones hemos comparado el efecto conjunto de variables (condición anaeróbica, aerobica, temperatura, microorganismo, tipo de residuo vegetal) mediante Análisis Multivariante.

Gracias por tus buenos deseos de éxitos, saludos cordiales, sigamos creciendo.

Encantada con esta publicación.. Fijate que emplea como organismos vivos principales para cada fase, a los hongos, desde su nivel microscópico, hasta los hongos verdaderos. Condiciones, como el calor y la falta de oxígeno también condicionan su proceso reproductivo. Me pareció interesante ver como los basidiosmicetes y ascomicetes hacen su trabajo luego que se ha logrado romper enlaces tan fuertes como la lignina. Esta publicación enaltece el trabajo ecológico de los hongos y microorganismos. Te cuento que el origen de estos es bastante controversial, sin embargo algunos tienen funciones tan importantes en la naturaleza, tal cual la que hoy tu índuces y recomiendas. Veo la ventajas que estos ofrecen para el equilibrio de la vida, aúnque a veces pueden destruir cultivos... Crees que intervengan otras variables en este tipo de procedimientos? Excelente trabajo Ingeniero

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Saludos Dra. @alexaivytorres, agradecido con su valoración positiva, así es, lo extraordinario además de conocer la función ecológica que desempeñan estos organismos en la degradación de la materia orgánica, es también interpretar el papel fisiológico de estos macro y microorganismo, pues esto nos permite imitar estos procesos para el beneficio agroproductivo. Respecto a tu pregunta;

1.- ¿Crees que intervengan otras variables en este tipo de procedimientos? .
La respuesta inmediata es SI, considerando que existe una sinergia de múltiples factores que refleja la influencia de cada uno sobre la calidad del bioproducto final, entre estas las variables no internas propias del proceso como; tamaño de las partículas, calidad química de los residuos, condiciones climáticas (temperatura, viento y humedad relativa ambiental) y el manejo técnico durante las fases de biotransfromación.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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De ocurrir esto como un proceso natural, qué crees tú sustituye al polietileno? Y entre esas variables pudiese ocurrir que la eficacia del producto no sea la misma para cualquier vegetal?

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Sin duda alguna, nuestra madre natura nos muestra ambos procesos (aeróbico / anaeróbico), bien sea, por separado o incluso de forma alterna indudablemente a menor temperatura, razón por la cuál el proceso es más lento, ahora bien, en la naturaleza un evento que sustituye al polietileno es la formación de depósitos escenario netamente geológico, dónde queda material orgánico enterrado bajo capa de sedimentos, aspecto biológico que desencadena actividad termomicrobiológica, en lo que respecta al tipo de residuo vegetal existen claras diferencias, generalmente la materia orgánica de restos de plantas de biotipo herbáceo, se biodegradan fácilmente en la fase termófilas a temperaturas menores a 60°C situación que no ocurre igual con los residuos vegetales de biotipo leñoso entre estos, árboles y arbustos pues disponen de valores altos de lignina.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

Saludos profe @lupafilotaxia! Según lo que entendí la Pirólisis es una técnica alternativa anaeróbica, para la transformación de materia orgánica porque la degrada y mineraliza en productos biológicos más sólidos pero a su vez ¿más solubles? ¿y ello sería más ventajoso en el crecimiento de otros productos vegetales? y lo que es más importante reduce el riesgo de contaminación bacteriana?

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Saludos estimada Dra. @elvigia, gracias por su visita al blog, correcto en Agroecología existe la tendencia técnica que persigue ampliar la fase termófila para lograr mayor mineralización (conversión de la materia orgánica a sustancias inorgánicas), para obtener bioproductos con valores óptimos de Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Potasio (K) que puedan usarse en la nutrición vegetal en los cultivos de interés alimenticio como alternativa a la fertilización química convencional. En cuanto a sus inquietudes:

1. Productos biológicos más sólidos pero a su vez ¿más solubles?
Se llama abonos orgánicos, compost o bioproductos sólidos, al material granulado que se obtiene de la descomposición y mineralización de restos vegetales o animales, estos productos presentan alrededor de 30% de humedad en cuya fracción se encuentran compuestos inorgánicos en estado soluble (lo ideal es obtener bioproductos con valores altos de estos compuestos solubles)

2. ¿y ello sería más ventajoso en el crecimiento de otros productos vegetales?

Los compuestos inorgánicos en estado soluble obtenidos en el biotransformación de materiales orgánicos, son destinados como fertilizantes en la actividad agrícola, pues pueden ser fácilmente asimilados por el sistema radicular de las plantas.

3. ¿y lo que es más importante reduce el riesgo de contaminación bacteriana?
Los materiales orgánicos utilizados como fuente de materia prima para elaborar bioproductos, pueden estar infectados de bacterias, por ejemplo el estiércol de bovino es un potencial reservorio de Salmonella y Escherichia coli ambas perjudiciales para la salud humana, por lo cual, se debe garantizar su eliminación en el proceso de elaboración de los bioproductos, y esto se logra a temperaturas superiores a los 60°C, dónde lo que se busca además de la mineralización es poder esterilizar el producto, evitando con esto crear riesgos de contaminación al momento de aplicarlos a un cultivo.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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Gracias por tan amable y completa respuesta Profe @lupafilotaxia. Felicitaciones y mil gracias!

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Gracias al equipo de #utopian-io por el apoyo brindado.

Saludos profesor @lupafilotaxia
Le comento que su post me pareció un tema sumamente interesante.
Quería preguntarle si el abono Bocashi y el abono líquido con producción de lactobacilos pueden ser ejemplos del proceso de pirólisis.
Agradecida de antemano por su respuesta.

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Saludos @joannar, correcto la metodología de biotransformación de ambos procesos (Bocashi y el abono líquido) es completamente anaeróbica, en el caso del Bocashi se colocan laminas de polietileno durante todo el proceso de degradación, aspecto exclusivamente de acción termomicrobiológica por pirólisis, en lo que respecta a los bioles o abonos líquidos preparados en biodigestores con cierre hermético, aún cuando el bioproceso es anaeróbico generalmente no se logra alcanzar temperaturas superiores a los 50°C.

Ahora bien, en nuestro caso la estrategia que planteamos está centrada en solo inducir al culminar la fase termófila, dos (02) semanas adicionales mediante pirólisis, y luego dejar transcurrir el proceso vía aeróbica evitando volatilización de elementos minerales, acción no controlada al producir Bocashi pues la actividad por pirólisis se mantiene durante todo el bioproceso.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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Hace algunos meses, junto a mis estudiantes realizamos el Bocashi, o bueno, utilizamos el principio del mencionado abono, pero utilizando materiales semejantes y de simple obtención, al final de los 12 días la temperatura alcanzaba los 40 grados, destapamos y dejamos por 5 días. La temperatura descendió y procedimos a aplicarlo. Sin embargo al usarlo para la siembra de tomates, ajíes y pimentones, sólo germinaron y crecieron las plantas de ajíes.
Me pareció muy interesante su post porque leyendo ubiqué claramente el trabajo de mis estudiantes y las posibles variables del por qué sólo obtuve una variedad de frutos.
Agradezco su tiempo y su respuesta profesor, muy oportuna.

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La felicito, es admirable promover en los estudiantes este tipo de actividades agroecológicas sobre elaboración de bioproductos y más aún si a posterior se utiliza para fertilizar cultivos como el Tomate, Ají y Pimentón. Profesora @joannar, de acuerdo a lo que comenta en la producción de su Bocashi, la temperatura al no superar los 40°C no se garantiza la mineralización de la materia orgánica, esto le resta calidad nutricional (elementos minerales, sustancias húmicas y fúlvicas ) a los bioproductos obtenidos, le sugiero principalmente prolongar el lapso del proceso llevarlo a 6 semanas, y para poder degradar los materiales recalcitrantes agregar a las mezclas Levadura, esto logrará tener temperaturas por el orden de los 60°C lo que contribuye de forma simultánea esterilizar los productos evitando la presencia de microorganismos patógenos que pueden afectar al cultivo y a la salud humana.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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Durante la preparación le agregamos levadura, pero ciertamente, tal vez no fue la suficiente.
Agradezco muchísimo su recomendación. De nuevo gracias por sus respuestas.

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De nada, es un gusto interactuar sobre estos aspectos temáticos. Saludos nos seguimos leyendo.

Saludos mi estimado @lupafilotaxia, cómo ya es costumbre sorprendiendonos con excelente publicaciones, al terminar de leer esta última me surge una interrogante ¿En qué tipo de cultivos es más beneficioso utilizar el resultado obtenido de la Pirólisis? .

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Saludos estimado amigo @felixrodriguez, gracias por tu vista al blog, generalmente estos bio-productos son elaborados con recursos disponibles en la misma unidad de producción bien sea agrícola o pecuaria, en nuestro caso, los destinamos a cultivos herbáceos de Ciclo Corto, llámese Ají, Pimentón, Maíz, entre otros, ahora bien, estos insumos agroecológicos no son exclusivo para estos cultivos, pues también pueden aplicarse a cultivos perennes entre estos frutales.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

Saludos estimado @lupafilotaxia me gusto mucho su post. No es mi especialidad pero me resulta interesante el proceso por la aplicabilidad que tiene, su importancia ecologica y porque es un tema potencial para futuros ensayos de investigacion en el Pedagógico pues administro el curso "Proyectos de investigacion en Biologia". En este sentido, me permito hacerle algunas preguntas profesor. Cuando habla de los materiales a utilizar para las pilas a compostar veo que mezcla aserrín (materia vegetal muerta) y E. crassipes que es materia vegetal viva, ¿Es necesario hacerlo así o se puede utilizar solo una de las dos o sea solo muerta o solo viva? le pregunto porque en el Pedagógico se producen muchas y seria una buena manera de reutilizarlas y de ñapa producir sustancias utiles para nutrir a las plantas, seria interesante saber la efectividad del proceso y realizar varios ensayos .¿Ha realizado experiencias variando el contenido del compost? Otra cosa, veo que en los componentes también esta el estiércol bovino, es necesario utilizarlo? El producto que se obtiene se puede almacenar para utilizarlo según necesidad o hay que utilizarlo a la brevedad? Excelente post, saludos cordiales.

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Saludos profesora @giulyfarci52, gracias por su visita al blog, elemento positivo que le resulte interesante y de utilidad el post, en relación a sus preguntas;

1.- Veo que mezcla aserrín (materia vegetal muerta) y E. crassipes que es materia vegetal viva, ¿Es necesario hacerlo así o se puede utilizar solo una de las dos o sea solo muerta o solo viva?.
Lo ideal es agregar de forma equilibrada material vegetal leñoso y herbáceo, en nuestro caso adicionamos E. crassipes por su alto contenido de humedad y elementos minerales altos como por ejemplo de potasio, esto no brinda estas ventajas; A. humedad para las necesidades hídricas de los microorganismos y B.- fuente de nutrimentos.

Respecto al material seco como aserrín u hojarascas, se usan como fuente de lignina que posteriormente al degradarse nos brindan sustancias húmicas que pueden destinarse como biofertilizantes.

2.- ¿Ha realizado experiencias variando el contenido del compost?.
Correcto, si se refiere a la mezcla a compostar generalmente se realizan mezclas dependiendo la relación carbono/nitrógeno, los valores más empleados son 20:1, 25:1 y 30:1

3.- ¿Otra cosa, veo que en los componentes también esta el estiércol bovino, es necesario utilizarlo?.
El estiércol bovino, se emplea como fuente de microorganismos, ahora bien no es imprescindible utilizarlo, existen casos dónde se acude al uso de microorganismos para acelerar el material a compostar sin necesidad de agregar estiércol.

Saludos cordiales, sigamos creciendo.

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Muchas gracias por sus amables respuestas. Saludos