Introducción

Estudios generales efectuados en Costa Rica reportan que el 55% de los desechos son de tipo orgánico (^{Jica, 2014}). Estudios más puntuales indican que la generación de residuos sólidos biodegradables es de alrededor del 44 al 52%, dependiendo del estrato social o zona del país (^{Campos & Soto, 2014}), por lo que encontrar opciones sostenibles para un manejo integral es de suma importancia para reducir el impacto ambiental negativo que la ausencia de tratamiento ocasiona, así como por el potencial de su uso como sustrato, enmienda o fertilizante en actividades agrícolas tras su compostaje.

El resultado del compostaje es el compost, el cual se genera producto de la transformación biológica y controlada de los materiales orgánicos (Borrero, Pacheco, Arias & Campos, 2015). Sus características están determinadas por el tipo de material que se aporte y la tecnología y duración del proceso; es de buena calidad si el producto final es relativamente homogéneo, de color oscuro y olor a tierra de bosque (^{Soliva, 2011}). El compostaje comprende cuatro fases: una mesófila, donde el material aumenta su temperatura a rangos de 20 a 35 °C; una termófila, donde aumenta de 35 a 65 °C y se digieren las moléculas complejas, por lo que facilita la eliminación de microorganismos patógenos; una fase de enfriamiento, y finalmente una de maduración (Bueno, 2010; Moreno & Moral, 2008). Para la degradación de los residuos sólidos biodegradables se pueden utilizar sustratos, que son materiales donde viven y crecen organismos sedentarios (^{FAO, 2013}).

El compost resultante puede ser utilizado como sustrato para el crecimiento de plantas, pues estos abonos de tipo orgánico mejoran las características físicas del suelo, su fertilidad y la productividad de los cultivos (^{Ingelmo & Rubio, 2008}). Para su aplicación en huertas caseras, es necesario capacitar a las personas que se encarguen de su cuido, de forma tal que renueven conocimientos, desarrollen actitudes y modifiquen comportamientos, en dirección a acciones positivas para el medio ambiente (^{Campos & Camacho, 2014}).

Para lograr el éxito en una práctica de este tipo, entre otras cosas, debería partirse de un compostaje procedente de un proceso de elaboración controlado, es decir, un producto con características físico-químicas y microbiológicas adecuadas para el cultivo (Woods End Research Lab, 2001, citado por ^{Masaguer & Benito, 2008}).

Existen diversos tipos de compostaje, entre ellos, el producido por la adición de sustratos con microorganismos de montaña (muy utilizado en América Latina) y el producido por el método Takakura, promovido por el Sr. Koji Takakura, investigador del IGES,( Instituto para las Estrategias Globales Ambientales) en Indonesia (^{Borrero, 2014}). Este tipo de compostaje propicia una diversidad de poblaciones de elevada cantidad de microorganismos, además de aumentar los procesos de degradación de los residuos sólidos. Investigaciones realizadas por (Borrero, Pacheco, Arias & Campos, 2015) demuestran que la presencia de microorganismos degradadores se relaciona con el tipo de sustrato y con condiciones ambientales como la temperatura y el pH.

Metodología

Los sustratos utilizados para el compostaje fueron inoculados con microorganismos de montaña (MM) y con sustrato tipo Takakura (TK) por separado. En ambos casos, los sustratos eran mezclas de granza de arroz y carbón. El MM se obtuvo por medio de la preparación de una mezcla con mantillo de bosque, semolina, granza de arroz, melaza y agua; el inóculo de micoorganismos TK, por medio de la preparación, con cinco días de antelación, de dos soluciones fermentativas, una dulce (agua + azúcar de mesa + yogurt +leche agria + queso+ keffir+ cerveza + levadura) y una salada (agua + sal de mesa y cáscaras de frutas y hortalizas de hoja).

El diseño experimental fue completamente aleatorio, y consistió en dos bloques aleatorios, cada uno de diez repeticiones. Las unidades experimentales eran cajas plásticas caladas, de 50 x 30 x 25 centímetros, paredes internas y base de cartón. En cada caja se colocaron 5 kilogramos de la mezcla del sustrato inoculado con MM, para el bloque 1, y 5 kilogramos del sustrato inoculado con TK, para el bloque 2. Se les adicionaron 1,5 kilogramos de residuos por día, durante 16 días hábiles. Para esto, se recolectaron residuos orgánicos provenientes de las sodas del Tecnológico de Costa Rica. Los residuos se picaron hasta lograr tamaños aproximados de 3 x 3 centímetros; luego se incorporaron a cada caja, se mezclaron y taparon hasta el día siguiente, para una nueva aplicación.

Se estudiaron las variables de temperatura (°C), medida con un termómetro de espiga; pH (escala de pH de 1 a 14), medido con un ph-metro electrónico marca Atago modelo pHTestr 30, y la altura (cm). Además se realizaron observaciones sensoriales generales, como presencia de insectos, roedores, olores o lixiviados. La temperatura y la altura se midieron diariamente, y el pH una vez cada ocho días.

Los datos se analizaron con el programa estadístico Minitab 17, con pruebas de ANOVA unidireccional y pruebas de Tukey, todas basadas en el valor p de 0,05, para determinar las diferencias entre los dos tipos de tratamiento.

Finalmente, el compost obtenido según cada método se analizó en el Laboratorio de Suelos y en el Laboratorio del Servicio de Fitoprotección, ambos del Instituto Nacional de Innovación y Transferencia de Tecnología (INTA), para conocer su composición química y condiciones microbiológicas.

Resultados y discusión

Análisis de variables físico-químicas

Respecto a la temperatura en el proceso de compostaje, se registraron datos iniciales entre los 25 °C y 30 °C en el TK y los 20 y 22 °C en el MM. Al agregar los residuos sólidos orgánicos a las cajas de compostaje, en las dos aumentó la temperatura hasta obtener mediciones cercanas a los 40 °C, lo que demostró una relación entre el aumento de la temperatura y la adición de los residuos. En la evolución de la temperatura, tanto en el aumento como en el descenso, las pruebas estadísticas indicaron que hay diferencias significativas entre los dos tipos de tratamiento, con un valor de p = 0,0002.

Al comparar los aumentos de esta variable , el TK obtuvo el valor máximo (55 °C) en 4 días, mientras que el MM obtuvo su valor más alto, de 53 °C, a los 6 días, lo que demuestra una ventaja del TK sobre el MM, en términos de temperatura (Figura 1).

Se puede observar que los valores anteriores corresponden a temperaturas ideales para iniciar el proceso de compostaje adecuado. Esto a su vez comprueba que las temperaturas máximas en los dos tratamientos no sobrepasaron valores que pudieran afectar otros factores propios de un buen compostaje como la biodegradación de los residuos incorporados (^{Borrero, 2014}) y la posible relación carbono-nitrógeno, oxígeno y humedad.

Figura 1 Evolución de la temperatura 

El pH tiene una influencia directa en el compostaje; esto se puede observar en la dinámica de los procesos microbiológicos, donde las reacciones anaeróbicas liberan ácidos orgánicos que provocan la reducción de esta variable (^{Morero y Moral, 2008}).

Según los mismos autores (2008), la evolución del pH en el compostaje se da en tres fases. En la incial se observa una disminución del pH debida a la acción de los microorganismos en la materia orgánica más delicada, lo cual produce una liberación de ácidos orgánicos. En la segunda fase se produce una alcalinización progresiva del medio, debido a la pérdida de ácidos órganicos y a la liberación de amoniaco procedente de la descomposición de proteínas, y en la tercera, el pH tiende a la neutralidad por la formación de compuestos orgánicos del suelo. Si durante el proceso de compostaje el pH es bajo, se inhibe la degradación orgánica, pero si el ph se mantiene por encima de 7,5 o cercano a este valor, se puede decir que hay suficiente descomposición.

En los casos estudiados, tanto el compostaje con TK como el compostaje con MM se mantuvieron muy constantes en cuanto a sus valores de pH en las tres fases descritas anteriormente. En los primeros 10 días, se registró un pH entre 4 y 6. Durante la segunda fase, en ambas cajas el pH medido varió entre 7,05 y 9,20; lo que demostró que estos aumentos se produjeron de manera progresiva durante la elaboración del compostaje. En la tercera fase, donde se suspendió la aplicación de residuos sólidos orgánicos, se resgistró un pH de 7,01, como valor mínimo, y 7,51, como valor máximo (Figura 2.). Lo anterior, cotejado con la literatura, indicó que el proceso de descomposición fue el adecuado.

En terminos de la variable altura, se observó que después de la última adición, hubo una reducción importante de la altura en las cajas, en los dos tipos de tratamiento, y al realizar las pruebas estadísticas, se demostró que hubo diferencias significativas entre ellos, indicadas por el valor de p = 0,0001.

Figura 2 Comparación del pH. 

El compostaje con TK presentó la mayor reducción, con un promedio total de 7,5 centímetros menos, mientras que el compostaje con MM, una reducción promedio de 2,5 cm. Estos resultados coinciden con estudios de Borrero et.ál (2015), donde el TK redujo hasta un 36% el volumen del medio, y el MM lo redujo hasta un 24%.

Conclusiones

Ambos sustratos inoculados tuvieron un efecto satisfactorio en el comportamiento de las variables medidas en el proceso de elaboración del compostaje, por tanto, queda probado que ambos sustratos son efectivos como degradadores de residuos sólidos orgánicos y garantizan su eficiente reducción; además, que ambos tipos de tratamiento son inocuos y el compost producido promete ser útil en la agricultura a pequeña escala.

El tratamiento con TK presentó diferencias significativas con el tratamiento con MM, específicamente una ventaja sobre el segundo, ya que eleva la temperatura más rápido que el MM, lo que reduce la posibilidad de que se cree un ambiente propicio a la producción de microorganismos patógenos que afecten la calidad o el proceso normal de la degradación de los residuos, como fue el caso del hongo Fusarium sp. Además, inhibe la aparición de característica físicas no deseables, como el mal olor o los lixiviados contaminantes.

Mediante la evaluación del pH se observó el efecto positivo del uso de MM y TK como medios de degradación de residuos sólidos en la producción de compostaje.

Al evaluar la altura en los dos sustratos, se obtuvo una diferencia significativa, pues el TK fue más eficiente en la reducción de la altura durante el proceso de compostaje.

Luego del estudio de las variables mencionadas, se concluye que el TK en comparación con el MM es más eficiente como sustrato degradador de residuos sólidos biológicos, por esto se recomienda su uso por encima del de MM, como abono en huertas caseras.