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Introducción
El compost es la materia orgánica obtenida a partir de la acción controlada de microbios en los residuos orgánicos biodegradables como hojas, frutas y piel de vegetales, residuos orgánicos de casa, estiércol, residuos urbanos sólidos, aguas residuales y residuos agroindustriales. Los factores que afectan el proceso de compostaje son: la naturaleza de los residuos orgánicos y las condiciones de desarrollo de la población microbiana. Cuando las condiciones ambientales no son óptimas, la población microbiana disminuye y por tanto su acción afecta el proceso. En general, el principal residuos biodegradables incluido en el proceso de compostaje son de origen agrícola, animal, residuos líquidos y agroindustriales, residuos sólidos urbanos, residuos del tratamiento de aguas residuales y residuos de madera también están incluidas (Muñoz, 2005).
Sin embargo, cuando los residuos agroindustriales son incluidos en el proceso de compostaje, las posibilidades de encontrar metales pesados aumentan considerablemente, como lo son el cadmio (Cd), plomo (Pb), arsénico (As), mercurio (Hg) y selenio (Se), elementos que perjudican la salud humana. En general, una composta de alta calidad y adecuada para ser utilizada en agricultura, presenta los siguientes límites máximos: Cd 10 mg kg-1, Cu 450 mg kg-1, Ni 120 mg kg-1, Pb 300 mg kg-1, Zn 1 100 mg kg-1, Hg 7 mg kg-1 y Cr 400 mg kg -1 (EPA, 2006). Los factores más importantes en el proceso de compostaje son el contenido de agua, humedad (50 a 60%) y pH (6.5 a 8) (Muñoz, 2005; Pérez et al., 2010); la relación carbono-nitrógeno (C/N) es un factor que debe ser controlado para asegurar una fermentación correcta, los valores óptimos varían de 25 a 30% de estos elementos. Por otra parte, los microorganismos desempeñan un papel importante durante el proceso de compostaje, en donde la acción de facultativos y aerobios obligados, mesófilos y termófilos es predominante (Pérez et al., 2010). Estos microorganismos son responsables de la degradación de la materia orgánica.
Los bio fertilizantes son responsables de estimular el crecimiento y productividad de los cultivos (Rueda-Puente et al., 2009). Las bacterias comúnmente utilizadas en la agricultura son aquellas que corresponden al género Rhizobium y Azospirillum (Caballero-Mellado et al., 2007). Algunos autores han reportado que cuando hay un hongo co-inoculante como la mocorriza arbuscular, el estímulo en el crecimiento vegetativo aumenta significativamente, afectando de manera positiva la absorción de minerales y la disponibilidad de N, P y K en el suelo (Mendoza y CruzHernández, 2010). Asociaciones de micorriza arbuscular están formadas únicamente por hongos pertenecientes al Filo Glomeromycota, de estos el más utilizados en agricultura es Glomus intraradices. Guerrero ha sido considerado como uno de los principales productores de maíz en México durante muchos años, con el séptimo lugar a nivel nacional, no sólo para consumo familiar, pero para comercializarlo.
Los fertilizantes químicos se utilizan en la agricultura para ayudar a que los cultivos alcancen un crecimiento y producción óptima, restablecimiento de los nutrientes extraídos del suelo; sin embargo, el abuso y mal uso de estos productos han causado deterioro del suelo (erosión, salinización y acidificación), y daño al medio ambiente. A fin de reducir el impacto causado por los fertilizantes, el Gobierno del estado de Guerrero, a través de la Secretaría de Desarrollo Rural (SEDER), ha promovido el uso de biofertilizantes (A. brasilense y G. intraradices), así como la producción de compost por parte de los agricultores. El objetivo de esta estrategia es que se utilice en todo el Estado. Para alcanzar este objetivo, SEDER ha sugerido la introducción de composta de otros sitios; sin embargo, es necesario evaluar la calidad de las mismas antes de su distribución, ya que se ha detectado la presencia de metales pesados, incluso cuando estos están en niveles permisibles. En este proyecto se evaluó el efecto de los metales pesados presentes en la composta que se distribuye a los agricultores en el estado de Guerrero en el crecimiento de A. brasilense y G. intraradices.
Materiales y métodos
Preparación del sustrato y material biológico
La composta fue proporcionado por el Gobierno del Distrito Federal México (GDF) y los biofertilizantes (A. brasilense y G. intraradices) por la casa comercial Biosustenta. La composta se hace en Texcoco a partir de la recolección de basura del DF y el producto de la poda de los jardines, no contiene estiércol de animales y se reporta un pH neutro (7.31), contenido de materia orgánica 27.36% y humedad muy baja (4.08%). El suelo utilizado presento un pH ligeramente alcalino (7.65), un contenido de materia orgánica de 2.88% y el porcentaje de humedad muy baja (1.84%). La composta y el suelo se trataron en autoclave a 121 °C durante 1 h. Para esterilizar las semillas de Zea mays se determinó como lo describe Wenny y Dumroese 1987. Después de este tratamiento, estas se impregnaron con un adherente no tóxico a base de carboximetil celulosa. Para finalizar se mezcló G. intraradices (333 g) y A. brasilense (117 g) y subsecuentemente esta mezcla se aplicó sobre las semillas.
Tratamientos
Los tratamientos usados en este estudio son CN (suelo y las semillas), T1 (tierra, composta y semilla), T2 (tierra, composta estéril y semilla), T3 (tierra, compuestas, semilla y bio-fertilizante), T4 (tierra, composta estéril, semilla y bio-fertilizante), T5 (tierra, composta, semilla estéril y biofertilizante) y T6 (tierra estéril, composta estéril, semilla estéril y bio-fertilizante).
Determinación de las propiedades físico-químicas de la composta
El contenido de materia orgánica de C, P y N se determinó como se describe González-Chávez et al. (2009). El pH se determinó en agua y CaCl2 en una relación 1: 2.5 de extracto de solución de un potenciómetro 420ª se utilizó para las mediciones (Orion Research, Beverly, MA).
Determinación de patógenos humanos y metales pesados en la composta
Para caracterizar la microbiología de la composta, se realizaron una serie de diluciones las cuales fueron inoculadas en medios específicos para las bacterias consideradas potencialmente patógenas para el ser humano (Mac Conkey, sal y manitol y Salmonella-Shigella). Para determinar los metales pesados en la composta, el procedimiento se realizó en el Laboratorio de Geoquímica, perteneciente a la Unidad Académica de Ciencias de la Tierra, ubicada en Taxco el Viejo, Guerrero. Los metales se analizaron por ICP-AES (Talavera et al., 2006).
Aislamiento de A. brasilense y observación de G. intraradices a partir de raíces de maíz con composta
Se realizaron algunas pruebas como fermentación de la glucosa y el método Gram para identificar el microorganismo en raíces (Baca et al., 2010). Para observar las raíces micorrizadas por G. intraradices, se utilizó la técnica de Phillips y Haymann (1970). Además, se realizó un conteo de esporas en la rizosfera como lo descrito por Gerdemann y Nicholson (1963).
Resultados y discusión
Análisis fisicoquímico de la composta
Uno de los objetivos de este trabajo fue determinar las propiedades físico-químicas de la composta. El análisis arrojo que la compuesta tiene un pH neutro (7.31), un contenido medio de materia orgánica (27.36%) y baja humedad (4.08%). La cantidad de N, K, Ca, Mg, Fe, P y Mn es promedio (Álvarez-Solís et al., 2010; Pérez et al., 2010). La conductividad eléctrica registró un valor alto y una textura arenosa (NTC-5167 2004). En cuanto a la composta, los tres elementos principales considerados para el crecimiento del microorganismo (N, P y K), están presentes por debajo de los niveles reportados por Álvarez-Solís et al. (2010), N= 0.095%, P= 0.65% y K= 0.83%. Estos resultados muestran que en compostas donde se incluyen basura recolectad del DF y residuos vegetales, hay una disminución en el contenido de estos nutrientes (Castillo et al., 2000). El contenido de materia orgánica (CMO), considerado como una importante fuente de nutrientes (Pérez et al., 2010), fue de 27.36%, la cual es una buena cantidad para materia orgánica. CMO en la composta tiene un efecto positivo sobre la fertilidad del suelo, además de mejorar sus características físicas, biológicas y químicas. Sin embargo, el porcentaje de materia orgánica en la composta utilizada mostró un valor más bajo comparado con la reportada por Zapata et al. (2005), en un rango de 46 a 56%, quien utilizo la composta hecha a base de lodos locales y residuos de corteza de pino.
Determinación de patógenos humanos en la composta
El análisis microbiológico de la composta mostro la presencia de Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. Se confirmó este resultado con la prueba de coagulasa para S. aureus y un conjunto bioquímica para P. aeruginosa. Los resultados obtenidos en el análisis microbiológico de la composta (Cuadro 1) mostró la existencia de S. aureus, aunque el crecimiento no fue significativo como para afectar la salud de aquellos que manipulan la composta (NMX-F-310-1978). Varios autores han reportado el crecimiento de esta bacteria en muestras de humus de lombriz, lo que sugiere que sus componentes contienen materia fecal de origen animal (Ogefere et al., 2010); sin embargo, la composta utilizada en este estudio no tiene contiene estiércol animal.
Cuadro 1 Análisis microbiológicos para encontrar bacterias patógenas humanas en muestras de composta.
| UFC g-1 composta | |||||
| Medio de cultivo | Núm. de colonias | (UFC g-1) | Resultado | GRAM colorante | |
| Sal y manitol | 5 | 500 | S. aureus | ns | Cocci + |
| Mac Conkey | 16 | 116 000 | P. aeruginosa | ns | Bacillus - |
| 0 | 0 | E. coli | - | ||
| SS | 0 | 0 | Salmonella sp. | - | |
| 0 | 0 | Shigella sp. | - | ||
ns= no significativo; CFU= unidades formadoras de colonias; SS= medio de cultivo de Salmonella and Shigella.
Se observó el crecimiento de P. Aeruginosa debido a la capacidad de esta bacteria para crecer a temperaturas elevadas, lo que las hace resistente al proceso de autoesterilización a la que fue expuesta la composta. La autoesterilización consiste en un incremento de temperatura de la actividad metabólica de los microorganismos presentes en la composta (Muñoz, 2005). Pérez et al. (2010) demostraron que la composta de estiércol contiene una mayor densidad del género Pseudomonas (420 x 103 UFC g-1), las cuales tienen una alta capacidad de adaptación.
Determinación de metales pesados en la composta
El análisis de metales pesados en composta se muestra en la Cuadro 2. Se compararon tres normas internacionales, teniendo en cuenta las cantidades de metales pesados que se encuentran en la composta estas están dentro de los límites máximos permisibles. A pesar de la presencia de metales pesados en la composta analizada, las concentraciones de As, Cd, Cr, Cu, Ni y Pb están por debajo de los niveles máximos permisibles en la NTC-5167 2004, Norma 503 de la EPA y EPA en 2006. Estas concentraciones sugieren que el compost se hizo utilizando una gran variedad de residuos, los cuales normalmente no están sujetos a una selección apropiada y separación de residuos. Aún más, algunos autores reportan el uso de aguas residuales para mantener la humedad durante el proceso de compostaje, siendo esta una de las formas de incorporar los metales pesados en la composta. Del mismo modo, los metales pesados como Pb, As, Cd, Cu, Zn, Ni y Hg, se podrían haber añadido de manera continua a los suelos a través de las actividades agrícolas y / o industriales, y la incineración (Khan, 2006).
Cuadro 2 Concentraciones de metales pesados en la composta.
| Metales pesados | Composta (mg kg-1) | Niveles máximos permisibles | ||
| Norma 503 EPA* (mg kg-1) | NTC-5167, 2004** (mg kg-1) | EPA 2006*** (mg kg-1) | ||
| As | 0.4375 | 54 | 41 | -- |
| Cd | 0.5 | 18 | 39 | 10 |
| Cr | 23.4375 | 1 200 | 1 200 | 400 |
| Cu | 91.1875 | 1 200 | 450 | 450 |
| Ni | 24.6875 | 180 | 420 | 120 |
| Pb | 62.375 | 300 | 300 | 300 |
*= valores en la norma 503 de la agencia de protección ambiental (EPA); **= valores en el NTC-5167, 2004, que establece los requisitos que deben cumplir los productos orgánicos utilizados como fertilizantes y abonos; ***= Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.
Aislamiento de A. brasilense en las raíces y la observación de G. intraradices en la rizosfera del maíz
Se utilizó el método descrito por Baca et al. (2010) para obtener cultivos puros de A. brasilense, aquí se observó que la concentración de metales pesados proveniente de la composta utilizada en este trabajo no afectó a la microbiología nativa o externa que pudiera existir en la composta y en el suelo ya que el análisis mostró resultados positivos a crecimiento microbiano y para el aislamiento de A. brasilense. La observación de cómo el hongo colonizo las raíces se realizó al final del experimento. Se utilizaron dos técnicas, la primera fue para aislar el hongo de las raíces, pudiéndose observar una gran cantidad de vesículas, esporas e hifas (Figura 1a), principalmente pertenecientes al género Glomus. La segunda técnica fue la descrita por Gerdemann y Nicholson (1963), donde se contabilizó y analizó la rizosfera (Figura 1b). En este caso, fue posible identificar más de una muestra del género Glomus y particularmente G. intraradices en los tratamientos en los que se añadió biofertilizante (principalmente T3 y T6).
Tratamiento 6. Imagen A) esporas (sp.); B) hifas (hf) y esporas (sp.); C) esporas (sp.); D) vesículas (vs) y esporas (sp.); E) esporas (sp.) y F) esporas (sp.) y vesícula (vs). Taxonomía normal mostrada por las esporas que pertenecen a G. intraradices.
Figura 1 Morfología (a) y esporas de G. intraradices (b) observada en las raíces y la rizosfera de maíz mediante la técnica de Phillips y Haymann, 1970.
Conclusiones
Se demostró que los metales pesados presentes en esta composta introducida por SEDER en el estado de Guerrero, no afecta totalmente el crecimiento de A. brasilense y G. intraradices. Este hecho fue corroborado cuando encontramos el hongo y la bacteria en las raíces de todas las muestras analizadas, incluso en aquellos donde el bio-fertilizante no fue añadido. No se encontraron valores significativos para el crecimiento de bacterias patógenas humanas (S. aureus y P. aeruginosa), mostrando que no son un riesgo para los que manipulan la composta. Finalmente, encontramos que la bacteria es tolerante a altas concentraciones de arsenico, así como plomo y cobre, pero en concentraciones más bajas. Este no fue el caso de cadmio, donde la bacteria no creció.
