19
XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014 1 Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión del estiércol mediante digestión anaerobia para producir biogás y un fertilizante de calidad para praderas Ortiz-Montes L. 1 , Blanco-Cobián D. 2 , González-Andrés, F. 1 1 Instituto de Medio Ambiente y Biodiversidad. Universidad de León. Avda. de Portugal 41. 24071 León. [email protected] . Tel. 987291840 2 Bioenergía y Desarrollo Tecnológico (BYDT). Avda. de Portugal 41. 24009 León RESUMEN La ganadería ecológica ha cobrado interés en los últimos años. Dado que las explotaciones ganaderas de vacuno han evolucionado hacia la especialización y el incremento en número de animales, esto ha traído como consecuencia un aumento en la producción de estiércol, y la necesidad de buscar nuevas alternativas para gestionarlo. Por tanto la ganadería ecológica debe alcanzar un enfoque global hacia la sostenibilidad de la producción agropecuaria en su conjunto. En este sentido la gestión bioenergética de los residuos es la estrategia líder. La digestión anaerobia del estiércol es hoy en día la más viable de las formas de gestión bioenergética del estiércol en las explotaciones ecológicas, y los productos son el biogás y el digerido anaerobio de estiércol (DAE). El primero se utiliza para producir energía y el segundo como fertilizante de las praderas. En este trabajo se estudió el potencial de producción de biogás a partir de un ensayo en discontinuo, obteniéndose un potencial de producción específico (160 l CH·kg SV - ¹) que puede llegar a ser interesante como energía renovable. Se analizó la fitotoxicidad del digerido mediante bioensayos de germinación, encontrando que el DAE a diluciones 1:5 y 1:10 no solamente no fue fitotóxico sino que tuvo efecto estimulante de la germinación en especies indicadoras de fitotoxicidad. Se examinó el efecto que produce el DAE en las etapas iniciales de crecimiento de pratenses, dando lugar a efectos positivos en estas fases. Todo esto hace de la biometanización un proceso viable a la hora de gestionar el estiércol, y abre nuevas perspectivas para aunar la ganadería ecológica con la generación de energía en la propia explotación. Palabras clave: Biometanización, digerido anaerobio de estiércol (DAE), fitotoxicidad, pratenses y valorización agronómica

Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

  • Upload
    lekhanh

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

1

Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión del estiércol mediante digestión anaerobia para producir biogás y un fertilizante de calidad para praderas

Ortiz-Montes L.1, Blanco-Cobián D.

2, González-Andrés, F.

1

1Instituto de Medio Ambiente y Biodiversidad. Universidad de León. Avda. de Portugal 41. 24071 León.

[email protected]. Tel. 987291840 2Bioenergía y Desarrollo Tecnológico (BYDT). Avda. de Portugal 41. 24009 León

RESUMEN

La ganadería ecológica ha cobrado interés en los últimos años. Dado que

las explotaciones ganaderas de vacuno han evolucionado hacia la especialización y el

incremento en número de animales, esto ha traído como consecuencia un aumento en

la producción de estiércol, y la necesidad de buscar nuevas alternativas para

gestionarlo. Por tanto la ganadería ecológica debe alcanzar un enfoque global hacia la

sostenibilidad de la producción agropecuaria en su conjunto. En este sentido la gestión

bioenergética de los residuos es la estrategia líder. La digestión anaerobia del estiércol

es hoy en día la más viable de las formas de gestión bioenergética del estiércol en las

explotaciones ecológicas, y los productos son el biogás y el digerido anaerobio de

estiércol (DAE). El primero se utiliza para producir energía y el segundo como

fertilizante de las praderas. En este trabajo se estudió el potencial de producción de

biogás a partir de un ensayo en discontinuo, obteniéndose un potencial de producción

específico (160 l CH₄·kg SV-¹) que puede llegar a ser interesante como energía

renovable. Se analizó la fitotoxicidad del digerido mediante bioensayos de

germinación, encontrando que el DAE a diluciones 1:5 y 1:10 no solamente no fue

fitotóxico sino que tuvo efecto estimulante de la germinación en especies indicadoras

de fitotoxicidad. Se examinó el efecto que produce el DAE en las etapas iniciales de

crecimiento de pratenses, dando lugar a efectos positivos en estas fases. Todo esto

hace de la biometanización un proceso viable a la hora de gestionar el estiércol, y abre

nuevas perspectivas para aunar la ganadería ecológica con la generación de energía

en la propia explotación.

Palabras clave: Biometanización, digerido anaerobio de estiércol (DAE), fitotoxicidad,

pratenses y valorización agronómica

Page 2: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

2

INTRODUCCIÓN

El sector bovino es uno de los principales sectores ganaderos a nivel

nacional por su contribución a la producción ganadera y agraria. En el año

2012, España mantenía la quinta posición de la Unión Europea en número de

cabezas de ganado, aportando el 15,6% de la producción final ganadera

española y el 5,8 % de la producción final agraria española (Eurostat, 2012).

Durante los últimos años hemos asistido a un crecimiento en el número

de animales y a una especialización de las explotaciones ganaderas en general

debido a los mercados agrícolas y al incremento de la competencia (Magrama,

2013), lo que también ha afectado a la ganadería ecológica. Durante cientos de

años, los agricultores han empleado el estiércol como fuente de nutrientes para

los cultivos, considerándose un recurso muy valioso. Así, las deyecciones

ganaderas eran gestionadas de manera más o menos correcta dentro de la

propia explotación. Sin embargo al aumentar el tamaño de las explotaciones,

empiezan a surgir problemas de gestión de los residuos ganaderos lo que

viene dado por el inapropiado almacenaje, uso y dispersión en el campo de

grandes cantidades de estiércol, dando lugar a un exceso de materia orgánica

lábil, mal olor debido al amoniaco y los ácidos orgánicos, alto contenido en

macronutrientes (nitrógeno, fósforo y potasio), generación de compuestos

fácilmente volatilizables como el amonio y gases como el amoniaco, el metano

y el óxido nitroso, además de acarrear microorganismos patógenos. Estos

problemas han llevado a que en los últimos años las investigaciones se hayan

centrado en estudiar el modo más efectivo de usar los estiércoles, con el fin de

obtener el máximo beneficio en términos de producción y dando prioridad a la

prevención sobre la contaminación (Restrepo, 2013).

La obtención de energía es vital en el progreso de la actividad humana.

En los últimos decenios, el requerimiento de energía ha sido cubierto por las

energías no renovables, aumentando de este modo los problemas

medioambientales a nivel mundial. Esta problemática ha de solucionarse para

alcanzar un equilibrio entre el bienestar social y la capacidad del medio para

absorber los impactos ambientales (Lobato, 2012).

Page 3: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

3

En la gestión de este tipo de residuo ganadero existen diversas

alternativas como la digestión anaerobia, el compostaje, la digestión aerobia y

la nitrificación-desnitrificación (Bernet & Beline, 2009). La digestión anaerobia o

biometanización es un proceso de reacciones que se basan en la oxidación de

la materia orgánica en ausencia de oxígeno mediante microorganismos

específicos (Karagiannidis & Perkoulidis, 2009). La materia orgánica se

descompone dando lugar a dos productos principales, el biogás y el digerido.

El biogás contiene una alta proporción de metano y una potencia

calorífica del orden de 5.500 kcal.m-³, por ello, es un gas apto para el

aprovechamiento energético mediante su combustión. Por tanto, el biogás

obtenido a partir de residuos ricos en materia orgánica, como son los residuos

ganaderos, agrícolas o derivados, es una fuente de energía renovable que

utiliza la energía contenida en la biomasa, proveniente de la fotosíntesis y por

ello del sol (Lobato, 2012).

La digestión anaerobia del estiércol muestra un efecto doble sobre las

emisiones del efecto invernadero, disminuyendo las emisiones de metano que

de forma natural se emitirían a la atmosfera y las emisiones de CO2

equivalentes a la energía fósil ahorrada (Chen et al., 2008) con el fin de cumplir

con las obligaciones del Protocolo de Kyoto.

Por otro lado, el efluente digerido de naturaleza semilíquida tiene mayor

valor agronómico que el estiércol, por su alta proporción de nitrógeno y de

materia orgánica (Sorensen & Moller, 2009), aunque también puede presentar

otras características que hacen desaconsejable su uso directo en agricultura,

como el contenido fitotóxico y patogénico, el pH, la viscosidad o la falta de

estabilidad (Walker et al., 2009).

El objetivo general de este estudio fue la gestión de estiércol vacuno en

explotaciones ecológicas, con la finalidad de alcanzar un enfoque global

hacia la sostenibilidad de la producción agropecuaria ecológica en su conjunto.

En este sentido la gestión bioenergética de los residuos se plantea como

estrategia líder.

Page 4: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

4

Además, los objetivos específicos fueron:

1. Estimar el potencial de producción de biogás mediante la digestión

anaerobia de estiércol vacuno.

2. Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de estiércol

(DAE) a partir de ensayos de germinación preestablecidos.

3. Evaluar el efecto del digerido anaerobio de estiércol en las primeras

etapas del desarrollo de especies pratenses.

MATERIAL Y MÉTODOS

1. Obtención y evaluación de biogás a partir de estiércol bovino.

1.1 Material

Se utilizó estiércol fresco de bovino mezclado con paja de una ganadería

en régimen ecológico situada en la Comunidad de Cantabria, dedicada a la

mejora de razas autóctonas para ganadería ecológica. El inóculo para la

degradación del estiércol se obtuvo de un digestor anaerobio en el Instituto de

Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad de León. Se recogió

del sobrenadante del efluente del digestor, 24 h después de la sedimentación

por reposo.

1.1. Analítica

Previamente al diseño del ensayo, se realizaron una serie de análisis para

controlar el proceso y determinar la cantidad de estiércol e inóculo que había

que añadir. Se tomó el valor del pH directamente del estiércol fresco, se

determinó el contenido en sólidos totales (ST) y sólidos volátiles (SV) mediante

la desecación en estufa a 105°C durante 24 horas con el método de APHA

(1998).

Page 5: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

5

Las expresiones con las que se determinó el contenido en ST y SV

fueron:

Con los datos obtenidos (Tabla 1) se diseñaron 3 ensayos con diferente

mezcla de inóculo-estiércol en base a sus SV en relación 2, 1 y 0,5.

1. 3. Diseño del ensayo

Se aplicó la metodología descrita por Labatut (2011) y Lobato (2012) para

un ensayo de digestión anaerobia en discontinuo.

En los reactores (botellas de capacidad útil 250 ml), se añadieron 250 ml

de la mezcla inóculo-estiércol con las proporciones indicadas en la Tabla 2.

Para cada tratamiento se utilizaron dos réplicas, además de un control con

inóculo únicamente, para los 6 reactores. Se midió el pH de las 7 botellas

durante dos días consecutivos para confirmar que era cercano a 7, condición

necesaria para que tenga lugar la digestión anaerobia.

La regulación térmica del proceso se consiguió por inmersión de los

reactores en baños de agua termostatizada a 35°C. A su vez, la

homogenización se alcanzó con agitadores magnéticos en los reactores (200

rpm). Dado que los ensayos se realizaron en discontinuo, los reactores se

cargan una sola vez con la mezcla del residuo y del inóculo.

El ensayo se mantuvo durante 32 días. Durante este tiempo, se midió la

cantidad de biogás producido por cada reactor. Cada reactor está provisto de

Page 6: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

6

una salida que permite la evacuación del gas producido, conduciéndolo al

sistema de medición de volumen basado en el desplazamiento de agua. La

producción de biogás se midió diariamente. Además, se analizó la composición

de biogás expulsado en 3 momentos del ensayo, a intervalos regulares, para

poder determinar la concentración de CH₄,. Se utilizó un cromatógrafo de

gases Varian CP-3800 GC, equipado con un detector de conductividad térmica

(TCD). Se determinó el amonio del estiércol fresco y del digerido utilizando el

método de APHA (1998).

2. Determinación de la fitotoxicidad del DAE mediante bioensayos de

germinación.

2.1. Material

Se utilizaron cuatro especies vegetales indicadoras de fitotoxicidad:

lechuga (Lactuca sativa) var. Batavia cv. Pierre Bénite, tomate (Lycopersicum

esculentum) var. Raf, rabanito (Raphanus sativus) y berro (Nasturtium

officinals) cv. Berro del manantial de la fuente. El material a ensayar fue el DAE

0,5 descrito en el apartado 1.1.

2.2. Diseño del ensayo

Se empleó la metodología descrita por Varnero et al. (2007). Para cada

especie vegetal se ensayó la fitotoxicidad del DAE puro y a diluciones 1:5 y

1:10 (v:v). Además de un control con agua destilada. Todos los ensayos se

hicieron por duplicado. Cada placa de Petri contenía un disco de papel de filtro

Prat Dumas. A cada placa se añadieron 10 ml de la sustancia a ensayar y 10

semillas. Se cerraron con film transparente para no perder la humedad.

Después de preparar todas las placas, se mantuvieron en cámara de

germinación a 25°C con luz blanca permanente hasta que el control de cada

especie germinó al menos un 90%.

A intervalos de 2 días se contó el número de semillas germinadas y se

calculó en porcentaje de germinación (G):

Page 7: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

7

Porcentaje de germinación (G):

Al finalizar el ensayo, se determinaron los siguientes parámetros:

Porcentaje de germinación relativo (PGR):

Se midió la longitud de la raíz de cada plántula. Se tomó el valor medio de

las 2 réplicas, en el caso de una elevada discrepancia entre placas, se repitió el

ensayo.

Crecimiento de radícula relativo (CRR):

Índice de germinación (IG):

IG =

El valor obtenido con el índice de germinación se usó para concluir si

había riesgos de fitotoxicidad para las distintas concentraciones de DAE

utilizadas. La escala utilizada para determinar la fitotoxicidad fue la siguiente

(Tiquia, 2000):

I ≥ 8 f x

Page 8: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

8

IG entre 50-79% compuestos moderadamente fitotóxicos

IG < 50% compuestos elevadamente fitotóxicos

3. Efecto del digerido anaerobio de estiércol en las primeras etapas del

desarrollo de especies pratenses.

3.1. Material

Se utilizaron dos especies vegetales para estudiar el efecto en el

desarrollo, trébol blanco (Trifolium repens) cv. Grasslands y ray-grass

Westerwold (Lolium multiflorum) cv. Agraco 812.

Se empleó tierra procedente de una parcela de pradera en régimen de

explotación ecológica, perteneciente a la misma empresa en la que se obtuvo

el estiércol, como sustrato para crecer las especies pratenses (Tabla 3).

Además, se usó el DAE 0,5 mencionado con anterioridad y estiércol fresco de

la propia ganadería.

3.2. Diseño del ensayo

Se diseñó un ensayo completamente aleatorizado con 4 repeticiones y las

2 fuentes de variación: i) tratamiento consistente en aplicación de estiércol por

una parte y DAE por otra a distintas dosis (50%, 100% y 150%) y un control, sin

tratamiento; ii) especie: ray-grass y mezcla de ray-grass y trébol blanco en

proporción 2:1 en número de semillas.

Los cálculos de las dosis básicas (DAE 100% y estiércol 100%) se

basaron en la extracción de nitrógeno del ray-grass para una producción media

esperada en Cantabria de 120 kg de nitrógeno por hectárea y en la

concentración de nitrógeno del estiércol (0,512%) y DAE (0,154%).

Además se probaron para ambos productos otras 2 dosis, 50% de la

extracción y 150% de la misma (Tabla 4).

Page 9: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

9

Cada unidad experimental estuvo constituida por un contenedor de 25 ml

de capacidad. La distribución de las semillas se presenta en la Figura 1.

La preparación del suelo consistió en el secado al aire durante 48 horas y

tamizado de la tierra en un tamiz con una luz de malla de 2 mm. En el fondo de

cada contenedor se introdujo una malla, de ese modo se podía filtrar el agua

pero no la tierra. Se añadió tierra hasta rellenar el 75% del contenedor y

dependiendo del tratamiento, distintas cantidades de DAE o estiércol fresco

sobre ella. Se agregó una fina capa de tierra, se sembraron las semillas y se

adicionó otra fina capa de tierra. Por último, se regó a capacidad de campo.

Cada unidad experimental se depositó en un plato. En este plato se incorporó

agua cada vez que lo demandaban las plantas.

Todos los tratamientos (incluidos los controles) se mantuvieron en un

fitotron durante un mes con las siguientes condiciones: 60% de humedad, 24°C

con luz blanca durante 16 horas y 16°C durante 8 horas en oscuridad.

Después de este tiempo, se obtuvo el peso fresco del conjunto de plantas

contenidas en cada unidad experimental. Después del secado en estufa a 60°C

durante 48 horas se obtuvo también el peso seco.

3.3. Tratamiento estadístico

Se empleó el programa IBM SPSS Statistics v19 para el tratamiento

estadístico de los datos. Se utilizó un modelo lineal general univariante para

observar las posibles diferencias significativas del tratamiento, las especies y

las réplicas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Obtención y evaluación de biogás a partir de estiércol bovino.

En los ensayos DAE 2, DAE 1 y DAE 0,5 se obtuvieron las producciones

específicas de metano 160 l·kgSV-¹, 124 l·kgSV-¹y 109 l·kgSV-¹. Por tanto el

potencial de producción de metano alcanza los 160 l CH₄·kgSV-¹. Aunque se

trate de una producción que probablemente no se alcance a la hora de operar

Page 10: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

10

en una planta de biogás agroindustrial, se puede esperar una importante

valorización de este residuo. Así, para una explotación ganadera de 150

cabezas de ganado mayor, con una producción de estiércol estimada de 40 kg

por unidad, podríamos esperar una producción de unos 53.000 m³ de metano

anuales, con los cuales podría instalarse una unidad de cogeneración de 13

kW eléctricos. Esto permitiría un suministro eléctrico para cubrir las

necesidades de nuestra explotación.

2. Determinación de la fitotoxicidad del DAE mediante bioensayos de

germinación.

La Figura 2 muestra la evolución de los porcentajes de germinación (G)

para las especies vegetales indicadoras de la fitotoxicidad. Hay que indicar que

el tomate es la especie vegetal que necesitó más tiempo para germinar (14

días), en comparación a las otras 3 especies que necesitaron menos tiempo (9

días).

El DAE no retrasa la germinación en ninguno de los tratamientos respecto

al control. Es más, en tomate y con una dilución de 1:10, la germinación

experimenta un ligero adelanto respecto al control.

El porcentaje de germinación para las diluciones 1:10 y 1:5 en todas las

especies vegetales estudiadas es igual o ligeramente superior al control, lo que

conduce a porcentajes de germinación relativos iguales o mayores al 100% en

todos los casos (Tabla 5). De hecho, el DAE a estas diluciones provoca una

estimulación muy notable del crecimiento de las radículas, en consecuencia, el

crecimiento relativo radicular alcanza valores entre los 229,75% y los 447,79%.

El índice de germinación (IG) se comporta de manera parecida,

alcanzando los valores más altos en berro y rabanito, superando el 400% y

algo más bajos en tomate y lechuga (Tabla 5). Lo que nos indica que DAE a

una dilución 1:10 y 1:5 no es fitotóxico. Podemos concluir entonces, que las

proporciones 1:10 y 1:5 de digerido tienen un efecto positivo sobre las especies

estudiadas. Esto indica un efecto estimulante sobre la germinación de semillas

y, probablemente, en el crecimiento de la planta posterior (Abad et al., 2000). A

Page 11: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

11

excepción del rabanito, los datos para IG en proporción 1:10 son más elevados

que para 1:5, es decir, con una mayor dilución del DAE el valor de IG aumenta.

Resultados semejantes a los obtenidos por otros autores como Abad et al.

(2000) y McLachlan et al. (2004).

En las 4 especies, el porcentaje de germinación y de crecimiento radicular

para la proporción puro es muy bajo en comparación a la proporción 1:5 y 1:10.

La lechuga es la especie con los valores más bajos de las 4, causado por la

extrema sensibilidad de esta a la toxicidad (Torres, 2003). El índice de

germinación de las 4 especies vegetales para el tratamiento puro es menor de

50%, los que nos indica que el digerido anaerobio de estiércol sin diluir es

altamente fitotóxico (Tabla 5). Una alta concentración residual de ácidos

orgánicos y fenoles, junto con amonio y algunos metales pesados, podría ser la

causa principal de la fitotoxicidad indicada por el índice de germinación. Un

tratamiento aeróbico sucesivo podría ser necesario para eliminar la fitotoxicidad

residual (Massaccesi et al., 2013) o la aplicación del digestato a tierra debe

hacerse con bastante antelación a la siembra, evitando el contacto directo con

plantas o de las semillas en germinación. Por lo tanto, la aplicación del

digestato debe tener en cuenta las concentraciones de Na y Cl, y también

metales pesados (especialmente Cu y Zn), con el fin de evitar cualquier riesgo

de acumulación de metales en el suelo (Alburquerque., 2012).

Los resultados obtenidos en el bioensayo de fitotoxicidad son

dependientes del tipo de semilla utilizada (Komilis & Tziouvaras, 2009), por ello,

existen diferencias entre los valores de las 4 especies vegetales utilizadas.

3. Efecto del digerido anaerobio de estiércol en las primeras etapas del

desarrollo de especies pratenses.

En los parámetros peso fresco y peso seco existen diferencias

significativas entre tratamientos, es decir, hay tratamientos más o menos

efectivos y también hay diferencias significativas entre especies. También

existen interacciones significativas entre tratamiento y especie (Tabla 6).

Page 12: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

12

La producción de biomasa fresca y biomasa seca de DAE a la dosis 150%

fue significativamente más elevada que en el control y en los tratamientos de

estiércol (Tabla 7). Los otros tratamientos con DAE no presentaron diferencias

significativas con este. Por ello, se puede concluir que son los tratamientos que

producen mayor biomasa en las primeras etapas del desarrollo de las especies

vegetales estudiadas.

Además, se dedujo que el digerido anaerobio de estiércol fue más

efectivo que el estiércol sin procesar. Otros autores como Castellanos (2011),

Nkoa (2014) y Sorensen & Moller (2009) obtuvieron el mismo resultado.

Castellanos explica que la aplicación de DAE da lugar a la estimulación vegetal

al producirse hormonas vegetales de crecimiento (giberelinas, auxinas y

citoquinas) por bacterias específicas que intervienen en el proceso de

fermentación, promoviendo la germinación, el engrosamiento de los tallos, el

fortalecimiento de la base radicular y de la base foliar.

De los tratamientos con estiércol, la concentración 150% también fue la

más efectiva. Por tanto, la mayor concentración de DAE o estiércol da lugar a

mayor crecimiento de las pratenses ya que en las primeras etapas del

desarrollo de una planta, esta necesita una gran cantidad de nutrientes. Datos

similares a los obtenidos por Weijiang et al. (2012).

Como se observa en la Figura 3, ambos controles tienen una producción

total similar. Sin embargo los tratamientos incrementan la producción de

biomasa en la gramínea.

En el tratamiento de estiércol dosis 100% en peso fresco. Este es un dato

anómalo y no erróneo ya que las réplicas del tratamiento son homogéneas y se

ha seguido la misma metodología que para los demás. Sin embargo en la

mezcla los incrementos de biomasa son menores lo que se debe a un efecto

negativo del nitrógeno sobre la leguminosa. Stiintifice (2011) también observó

en su ensayo un peso más bajo en praderas mixtas.

Page 13: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

13

CONCLUSIONES

La producción potencial de 160 l CH₄·kgSV-1¹ a partir del estiércol bovino

de carne, permite esperar una importante valorización energética de este

residuo, alcanzando 53.000 m³ de metano anuales en una explotación de 150

cabezas de ganado.

El DAE puro es altamente fitotóxico pero a dilución 1:10 y 1:5 tiene un

efecto estimulante en la germinación de las especies indicadoras de

fitotoxicidad.

En las primeras etapas del desarrollo de las dos especies de pratenses

estudiadas, el DAE tiene un efecto mayor en la producción de biomasa que el

estiércol sin procesar, los resultados apuntan que puede ser más beneficioso

para praderas de ray-grass que para praderas mixtas (ray-grass y trébol

blanco).

Se puede concluir que el DAE diluido es beneficioso en el inicio de la

germinación y en etapas sucesivas, siendo recomendable aplicar este producto

a cultivos pratenses asociados a la explotación ganadera donde se valorice el

estiércol mediante digestión anaerobia.

En conjunto, los resultados obtenidos dan la posibilidad a nuevos

sistemas de gestión de residuos, innovadores para la ganadería ecológica en la

provincia de Cantabria.

AGRADECIMIENTOS

A Xiomar A. Gómez Barrios y Judiht Martínez Torres del grupo IQUIMAB

de la ULE por la ayuda prestada en el ensayo de obtención y evaluación de

biogás a partir de estiércol fresco.

Page 14: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

14

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Abad M, Noguera P, Burés S. 2000. National inventory of organic wastes for use as growing media for ornamental potted plant production: case study in Spain. Bioresource Technology 77: 197-200.

Alburquerque JA, Fuente C, Ferrer-Costa A, Carrasco L, Cegarra J, Abad M, Bernal MP. 2012. Assessment of the fertiliser potential of digestates from farm and agroindustrial residues. Biomass and bioenergy 40: 181-189.

APHA. 1998. Standard methods for the examination of wáter and wastewater. Washington DC: American Public Health Association.

Bernet N, Béline F. 2009. Challenges and innovations on biological treatment of livestock effluents. Bioresource Technology 100: 5431-5436.

Castellanos JG. 2011. Caracterización y estudio económico del proceso de bio-digestión de excrementos de ganado vacuno como alternativa para obtener biogás y abonos en una hacienda de la Sierra Ecuatoriana, tesis. Facultad de ingeniería y ciencias agropecuarias, universidad de las Américas.

Chen Y, Cheng JJ, Creamer KS. 2008. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology 99: 4044-4064.

Eurostat (Statistical Office of the European Communities). 2012. In http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/statistics/themes.

Karagiannidis A, Perkoulidis G. 2009. A multi-criteria ranking of different technologies for the anaerobic digestion for energy recovery of the organic fraction of municipal solid wastes. Bioresource Technology 100: 2355-2360.

Komilis DP, Tziouvaras IS. 2009. A statistical analysis to assess the maturity and stability of six composts. Waste Management 29: 1504-1513.

Labatut RA, Angenent LT, Scott NR. 2011. Biochemical methane potential and biodegradability of complex organic substrates. Bioresource Technology 102: 2255-2264.

Lobato A. 2012. Estudio de la co-digestión anaerobia de residuos ganaderos con otros substratos agroindustriales, tesis. Instituto de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Biodiversidad de la Universidad de León.

Magrama. 2013. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente.

Massaccesi L, Sordi A, Micale C, Cucina, Zadra C, Di María F, Gigliotti G. 2013. Chemical characterization of percolate and digestate during the hybrid solid anaerobic digestión batch process. Process Biochemistry 48 (9): 1361-1367.

McLachlan KL, Chong C, Voroney RP. 2004. Assessing the Potential Phytotoxicity of Digestates during Processing of Municipal Solid Waste by Anaerobic Digestion: Comparison to Aerobic Comspost. In: Proceedings of 26

th Sustainability of Horticultural Systems: 638-643.

Nkoa R. 2014. Agricultural benefits and environmental risks of soil fertilization with anerobic digestates: a review. Agronomy for Sustainable Development 34: 473-492.

Page 15: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

15

Restrepo AP. 2013. Valorización mediante compostaje de la fracción sólida de residuos ganaderos digeridos por biometanización y evaluación de sus potenciales usos agronómicos, tesis. Dpto. Agroquímica y Medio Ambiente, Universidad Miguel Hernández de Elche.

Sorensen P, Moller HB. 2009. Fate of nitrogen in pig and cattle slurries applied to the solid-crop system. Anaerobic digestion: opportunities for agriculture and environment. 1: 27-37.

Stiintifice L. 2011. The possibility of reducing the nitrogen fertilizers by using some gramineous and perennial mixtures in the conditions of northern Moldavia. Agronomy Series of Scientific Research 54(2).

Tiquia SM. 2000. Evaluating phytotoxicity of pig manure from the pig – on – litter system. In: Proceedings of the International Composting Symposium, CBA Press Inc. Truro, NS, p: 625-647.

Torres MT. 2003. Empleo de los ensayos con plantas en el control de contaminantes tóxicos ambientales. Rev. Cubana Hig Epidemiol 41: 2-3.

Varnero MT, Rojas C, Orellana R. 2007. Índices de fitotoxicidad en residuos orgánicos durante el compostaje. J. Soil Sc Nutr.7 (1): 28-37.

Walker M, Banks C, Heaven S. 2009. Two-stage anaerobic digestion of biodegradable municipal solid waste using a rotating drum mesh filter bioreactor and anaerobic filter. Bioresource Technology 100: 4121-4126.

Weijiang L, Egrinya A, Enejia B, Zhanga D. 2012. Nitrogen rate and plant density effects on yield and late-season leaf senescence of cotton raised. Field Crops Research 126: 137-144.

Page 16: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

16

ANEXO 1: TABLAS

Tabla 1. Determinación de sólidos. ST sólidos totales y SV sólidos volátiles o sólidos orgánicos

Descripción ensayo

Proporción inóculo:estiércol (SV)

Cantidad (g masa fresca) inóculo:estiércol

Cantidad (g SV) inóculo: estiércol

DAE 2 2 239,11 : 10,89 3,29 : 1,65 DAE 1 1 228,21 : 21,79 3,29 : 3,29 DAE 0,5 0,5 206,42 : 43,58 3,29 : 6,01

Tabla 2. Relación inóculo-estiércol según ensayo

Parámetros analizados Tierra

% materia orgánica 3,54 N (% base seca) 0,48 C/N 4,30 P (ppm base seca) 12 Ca (ppm base seca) 988 Mg (ppm base seca 174 K (ppm base seca) 283 Na (ppm base seca) 28 Textura U.S.D.A Suelo franco-arenoso

Tabla 3. Análisis físico-químico de la tierra utilizada en el ensayo

.

Tratamiento Cantidad (g)

DAE dosis 50% 1,36 DAE dosis 100% 2,73 DAE dosis 150% 4,09 Estiércol dosis 50% 0,41 Estiércol dosis 100% 0,82 Estiércol dosis 150% 1,23

Tabla 4. Cantidad de DAE y de estiércol fresco necesaria para cada contenedor según el tratamiento

aplicado

Material ST (g·kg¯¹) SV (g·kg¯¹)

Estiércol 204,16 151,05 Inóculo 21,72 14,31

Page 17: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

17

Proporción de DAE Especie Parámetros 1:10 1:5 Puro

Berro

PGR (%) 105,56 100 38,89

CRR (%) 447,79 405,88 26,96

IG (%) 472,67 405,88 10,48

Rabanito PGR (%) 100,00 113,33 13,33 CRR (%) 412,13 435,38 37,74 IG (%) 412,13 493,43 5,03

Lechuga PGR (%) 117,65 105,88 41,18 CRR (%) 273,30 287,19 31,09 IG (%) 321,53 304,09 12,80

Tomate

PGR (%) 113,33 106,67 53,33

CRR (%) 319,26 229,75 91,95

IG (%) 361,83 245,06 49,04

Tabla 5. Resultados obtenidos de las 4 especies vegetales para los parámetros: PGR-porcentaje de

germinación relativo, CRR-crecimiento radicular relativo, IG-índice de germinación

Peso fresco Peso seco Origen gl MC F MC F

Tratamiento 6 0,416 5,415* 0,014 6,251* Especie 1 1,264 16,463* 0,037 16,042* Réplicas 3 0,017 0,224 0,001 0,242

Tratamiento * Especie 6 0,305 3,979* 0,007 2,887*

Tratamiento * Réplicas 18 0,052 0,679 0,002 0,655

Especie *Réplicas 3 0,028 0,363 0,001 0,316

Error 18 0,077 0,002 Total 56

MC. media cuadrática *.diferencias significativas

Tabla 6. Pruebas estadísticas de los efectos entre variables

Tratamiento Peso fresco (g) Peso seco (g)

Media Media

Control 1,277 a 0,192 a Estiércol dosis 50% 1,467 a 0,249 a Estiércol dosis 100% 1,472 a 0,254 a Estiércol dosis 150% 1,531 a 0,262 ab DAE dosis 100% 1,553 ab 0,267 ab DAE dosis 50% 1,678 ab 0,268 ab DAE dosis 150% 2,010 b 0,338 b

Tabla 7. Agrupamiento entre tratamientos dependiente de sus medias

Page 18: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

18

ANEXO 2: FIGURAS

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

L

G

L

G

G

G

G

L

Figura 1. Disposición de las semillas en cada contenedor:

G- gramínea (Ray-grass Westerwold) y L- leguminosa (Trébol blanco). En cada punto señalado del contenedor se sembraron dos semillas juntas. Izquierda- Ensayo con una única especie. Derecha- Ensayo con dos especies relación 2:1 gramínea:leguminosa

Figura 2. Evolución de los porcentajes de germinación en las especies vegetales ensayadas

Page 19: Aunando la ganadería ecológica y la bioenergía: Gestión ... · Analizar el grado de fitotoxicidad del digerido anaerobio de ... cantidad de biogás producido por cada reactor

XI Congreso de SEAE: «Agricultura ecológica familiar». Vitoria-Gasteiz (Álava), 1-4 octubre 2014

19

Figura 3. Valores medios del peso fresco y del peso seco para cada tratamiento