Historia y avance de la lombricultura y vermicompostaje

El vermicompostaje, es el proceso donde las lombrices son utilizadas cpara convertir residuos orgánicos en vermicomposta, no confundirse con el vermicultivo o lombricultura, cuyo objetivo es maximizar el cultivo de lombrices sin perseguir una óptima bioestabilización del residuo para la alimentación de las mismas; aunque ambos objetivos se logran simultáneamente (^{Moreno et al., 2014}).

La lombricultura combina las virtudes y cualidades que la hace potencialmente viable. La importancia de las lombrices de tierra no es un fenómeno nuevo. La influencia de las lombrices en los suelos agrícolas era conocida en las antiguas civilizaciones griegas y egipcias que valoraban el papel que desempeñaban las lombrices en el suelo. Los antiguos egipcios fueron los primeros en reconocer que las lombrices de tierra aumentaban la fertilización del suelo y lo consideraban animales sagrados, Aristóteles por su parte las definió como los “intestinos de la tierra”, pero fue Charles Darwin en el siglo XIX quién explica la verdadera función de las lombrices en el suelo, al relacionarlas con la descomposición de materiales vegetales muertos (^{Sinha et al., 2010a}; ^{García-Pérez, 2011}; ^{Medany, 2011}; ^{Pathma y Sakthivel, 2012}).

La lombricultura inició a mediados del siglo XX (^{Sinha et al., 2009}), pero las primeras referencias del beneficio de esta actividad al eliminar residuos orgánicos se dio en los años 30. A mediados de los años 40 se inicia el cultivo intensivo de las lombrices rojas de california en los Estados Unidos de América para obtener vermicomposta. Sin embargo, el conocimiento del proceso de vermicompostaje se inició en los años 70 con bases científicas y tecnológicas para el desarrollo de este sistema en Estados Unidos, Holanda, Inglaterra y Canadá (^{Kumar, 2005}; ^{Vargas-Machuca et al., 2008}).

Para esta década el vermicompostaje alcanza relevancia en Europa, África, Asia, América latina y Australia, donde su desarrollo se da espectacularmente con una notable importancia de algunos centros de producción de lombrices (^{Schuldt, 2006}). Empresas dedicada al compostaje en varios países como Inglaterra, Francia, Holanda, Alemania, Estados Unidos de América, Italia, entre otros, desarrollan una visión comercial para la vermicomposta obtenida de diversos tipo de residuos orgánicos (^{Sinha et al., 2009}; ^{Sinha et al., 2010c}).

Países como Estados Unidos de América, poseen algunas de las plantas para vermicompostaje más grandes del mundo, llegando a producir 3 410 t cada año en invernaderos de alta tecnología. En el Reino Unido se han creado plantas para composteo de residuos orgánicos, que pueden generar hasta 1 000 t anuales de vermicomposta. En Nueva Zelanda la capacidad de vermicompostaje de algunas compañías es de unos 5 a 6 mil toneladas de residuos verdes al año y planean vermicompostear aproximadamente 40 000 t de desechos de alimentos al año. En Australia con la utilización de residuos sólidos de las depuradoras de agua y tratamiento de aguas, cuentan con una capacidad de producción de vermicomposta de 600 t de abono orgánico para venta a los agricultores locales, con esta tecnología se ahorran más de 13 000 m³ de espacio en los vertederos cada año (^{Li et al., 2010}; ^{Sinha et al., 2010a}).

Con mayor frecuencia los países desarrollados se preocupan y reconocen que los residuos orgánicos deben ser utilizados como recursos, en lugar de ser desechados en vertederos, generando problemas ambientales que son costosos de remediar. El reciclaje de la materia orgánica se puede lograr mediante métodos de tratamiento alternativos para obtener un producto estabilizado y comercializable.

Lombrices de tierra: agentes claves en el vermicompostaje

Las lombrices de tierra son gusanos segmentados celomados de hábitos terrestres, comunes en suelos húmedos y cuyo tamaño varía desde 1 cm de largo por 2 mm de grosor, hasta más de 1 m y 3 cm de largo y grosor respectivamente (^{Fragoso y Rojas, 2014}). Representan la mayor biomasa animal en la mayoría de ecosistemas terrestres, influyen de forma muy significativa en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo y realizan la modificación de la estructura del suelo, así como la aceleración de la descomposición de la materia orgánica y del reciclado de nutrientes (^{Domínguez et al., 2009}). La alteración se ve reflejada en la redistribución vertical y horizontal de la materia orgánica del suelo.

Esta redistribución depende de los grupos ecológicos de lombrices, que de acuerdo a su localización en el suelo, comportamiento de alimentación y formación de madrigueras, se clasifican en tres categorías (^{Lemtiri et al., 2014}): lombrices endógenas que se mueven dentro del suelo para alimentarse de materia orgánica del suelo; mientras que los anécicas toman los restos orgánicos desde la superficie del suelo que arrastran dentro de las galerías, y las epigeas que viven permanentemente asociadas a acumulaciones de materia orgánica sobre la superficie del suelo (^{Kavdir y Ilay, 2011}; ^{Gómez-Brandón et al., 2011b}; ^{Moreno et al., 2014}).

El número de especies de lombrices de tierra descritas hasta el momento es muy elevado, de acuerdo con ^{Reynolds y Wetzel (2015)}, hay aproximadamente 3 627 especies. Para el vermicompostaje las especies adecuadas son aquellas que muestras características convenientes, como capacidad natural para colonizar los desechos orgánicos, altas tasas de consumo, digestión y asimilación de la materia orgánica, tolerancia a una amplia gama de factores ambientales, ciclos de vida cortos, altas tasas reproductivas y resistencia al manejo. De las especies conocidas, sólo cinco se han utilizado ampliamente en el vermicompostaje; Eisenia andrei (Bouché, 1972), Eisenia fetida (Savigny, 1826), Dendrobaena veneta (Savigny, 1826), y en menor medida Perionyx excavatus (Perrier, 1872) y Eudrilus eugeniae (Kinberg, 1867; (^{Domínguez y Pérez-Losada, 2010}; ^{Yadav and Garg, 2011}; ^{Domínguez y Edwards, 2011a}).

Las lombrices de tierra de acuerdo a su zona climática se agrupan en dos categorías; son propias de la zona templada Eisenia fetida (Savigny 1826), Eisenia andrei (Bouché 1972), Dendrodrilus rubidus (Savigny 1826), Dendrobaena veneta (Rosa 1886), Lumbricus rubellus (Hoffmeister 1843) y Drawida nepalensis (Michaelsen 1907); para la zona tropical Eudrilus eugeniae (Kinberg 1867), Perionyx excavatus (Perrier 1872) y Polypheretima elongata (Perrier 1872) (^{Domínguez, 2004}; ^{Domínguez y Edwards, 2011a}; ^{Moreno et al., 2014}). Se pueden encontrar en diversos hábitats, especialmente los oscuro y húmedo (^{Sinha et al., 2010a}). En el Cuadro 1, se resume las principales características de su ciclo de vida y requerimientos de temperatura y humedad de las principales especies usadas en el vermicompostaje (^{Moreno et al., 2014}).

Fuente: ^{Moreno et al. (2014)}.

Cuadro 1 Características biológicas y condiciones ambientales de las principales especies de lombrices de clima templado utilizadas en procesos de vermicompostaje.  

Las lombrices de tierra mejoran la estructura del suelo y la actividad de comunidades microbianas, a través de la dispersión de inóculos con el pastoreo, la reducción del tamaño de partícula del material orgánico durante el paso intestinal, la adición de azúcares y otras sustancias que facilitan la formación de agregados (^{Aira et al., 2002}; ^{Domínguez, 2004}). Durante el vermicompostaje las lombrices realizan actividades a nivel espacial y temporal, estas actividades pueden tener un efecto directo sobre el proceso, como la estimulación de la biomasa microbiana y la dispersión e interacción de los microorganismos con otros componentes biológicos del suelo. Como efectos indirectos las lombrices son responsables del emezclado de materiales modificados por ellas con otros sustratos orgánicos. Las lombrices también producen sustancias excretadas como urea y amonio que constituyen una fuente de nutriente asimilables por los microorganismos (^{Domínguez et al., 2009}; ^{Aira y Domínguez, 2010}).

En la actualidad la comunidad científica está en la búsqueda de una tecnología que sea “económicamente viable” (más barato y al alcance de todas las naciones), “ambientalmente sostenible” (amigable con el medio ambiente, la flora, la fauna, el suelo, el aire y el agua, sin ningún efecto sobre ellos) y “socialmente aceptable” (beneficioso para la sociedad sin ningún efecto adverso sobre la salud). En este sentido, la tecnología de la lombricultura combina estas virtudes y cualidades juntas. La lombricultura como tecnología está generando una revolución por las diversas aplicaciones que ésta tiene. Las lombrices de tierra como ingenieros del ecosistema juegan un papel como “gestor de residuos”, “gestor de suelo y mejoradores de fertilidad” y “promotor del crecimiento vegetal”.

Sin embargo, nuevos descubrimientos sobre su papel en “tratamiento de aguas residuales”, “la recuperación de suelos contaminados”, y más recientemente por el uso potencial en la medicina moderna para la protección de la “salud humana”, como en la reducción de la presión arterial, el adelgazamiento de la sangre y disolución de los coágulos de sangre en pacientes con accidentes cerebrovasculares y del corazón, cura para el cáncer, cura para la artritis y reumatismos, como agente anti-inflamatorio, fuente de antibióticos y como una fuente rica de “proteínas de alta calidad”, han supuesto una revolución en los estudios de lombricultura (^{Sinha et al., 2010a}; ^{Sinha et al., 2010b}).

Vermicompostaje: una estrategia de tratamiento para los residuos orgánicos

La tecnología del vermicompostaje se basa en el hábito de alimentación detritívoro de algunas especies de lombrices, organismos capaces de colonizar una gran variedad de sustratos orgánicos (^{Mamani-Mamani et al., 2012}). El vermicompostaje es un bioproceso que se considera como una alternativa viable para el compostaje de residuos orgánicos (^{Hait y Tare, 2011}; ^{Vig et al., 2011}). Las lombrices de tierra convierten y estabilizan los residuos orgánicos en un material parecido al humus, rico en nutrientes, llamado humus de lombriz, en ella las lombrices ejercen una acción tanto física como bioquímica (^{Garg et al., 2012}). La acción física incluye aireación, mezcla y molienda de los residuos orgánicos, en tanto que los microbios son responsables de la degradación y estabilización bioquímica (^{Aira et al., 2008}). La interacción lombriz-microorganismo transforma los materiales orgánicos insolubles a una forma soluble (^{Domínguez y Edwards, 2011b}; ^{Kui et al., 2014}).

La generación de residuos sólidos orgánicos ha llevado a la búsqueda de alternativas para su tratamiento y disposición final. Una alternativa de transformación de los residuos orgánicos, es la producción de humus de lombriz, propuesta ecológica al uso de fertilizantes químicos (^{Cabanillas et al., 2013}). El vermicompostaje está llamado a hacer la segunda revolución verde para la generación de fertilizante orgánico para su uso en la producción de alimentos sanos (^{Sinha et al., 2010b}; ^{Sinha et al., 2010c}). Una de las principales contribuciones de la vermicomposta a los suelos es el aumento de la población y las actividades microbianas, factores clave en las tasas de reciclaje de nutrientes del suelo, producción de materiales de crecimiento para las plantas y supresores de infecciones y plagas en plantas (^{Arancon et al., 2006}), además favorece la disminución del deterioro del ambiente al incrementarse el aprovechamiento de diversos residuos agropecuarios (^{Moreno-Reséndez et al., 2014}). La descomposición de los residuos orgánicos por lombrices se ve favorecida por la acción de microorganismos endosimbiontes de su intestino, estos producen enzimas extracelulares que degradan celulosa y compuestos fenólicos, aumentando la mineralización del carbono y nitrógeno del material ingerido (^{Aira et al., 2008}; ^{Domínguez et al., 2009}).

Estudios han demostrado que el contenido de macronutrientes y micronutrientes en la vermicomposta es generalmente mayor que en el compost tradicional, contiene niveles altos de los principales nutrientes en forma más solubles como nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio en comparación con la composta normal, esta propiedad mejora la fertilidad del suelo física, química y biológicamente, teniendo como resultado mayor rendimiento de los cultivos. Sin embargo, las mejoras en el crecimiento de plantas y el aumento de los rendimientos no podrían explicarse completamente por la disponibilidad de los nutrientes. Estudios al respecto, sugieren que las vermicompostas contienen sustancias reguladoras de crecimiento o ácidos húmicos que son responsables del crecimiento de las plantas (^{Su et al., 2015}).

Residuos sólidos orgánicos: fuente de sustratos para el vermicompostaje

Existe un gran número de residuos orgánicos convencionales y no convencionales generados por diferentes actividades agrícolas, urbanas e industriales que han sido ensayados y utilizados exitosamente en los procesos de vermicompostaje (^{Singh et al., 2011}).

Los residuos convencionales

Incluyen a los tradicionales estiércoles de origen animal, que son considerados como materiales orgánicos naturales y óptimos para la alimentación y desarrollo de las lombrices. Los estiércoles han sido utilizados desde la antigüedad como mejoradores de suelo y como estimulantes en la producción de cultivos (^{Nieto-Garibay et al., 2010}). Entre los materiales que se han utilizado como sustrato para el desarrollo de lombrices de tierra destacan los estiércoles de bovinos, equinos, porcinos, aves de corral, conejos y ovinos (^{Gunadi y Edwards, 2003}; ^{Morales et al., 2009}). La gran disponibilidad y el aporte nutrimental hacen que sean una alternativa atractiva para generar fertilizantes orgánicos para suelos con deficiencias nutrimentales (^{Carvajal y Mera, 2010}).

El estiércol bovino es un alimento natural nutricionalmente bien balanceado para las lombrices, que no necesita preacondicionamiento, aunque a veces la presencia de semillas exige un precomposteo (^{Moreno et al., 2014}). Existe abundante información sobre el uso de estiércol bovino para vermicompostaje, como antecedente está el uso del lixiviado y lavado de humus de lombriz (Eisenia fetida) de estiércol bovino para conocer el rendimiento del cultivo de frijol utilizando. Se ha demostrado que las plantas de frijol tratadas con lavado de vermicomposta propician plantas más altas, vainas más largas, y el mayor número de vainas y ramas laterales por planta (^{Ayyobi et al., 2014}).

El uso del estiércol de bovino se ha utilizado también para transformar residuos de la industria de la curtiduría con Eudrilus eugeniae previa fermentación con la bacteria Selenomonas ruminantium y posterior vermicompostaje mezclado con hojarasca. Se ha encontrado que los valores de pH y la relación C:N disminuyen significativamente al final del proceso, con buena humificación y mineralización de los polímeros (^{Ravindran et al., 2013}). El empleo de estiércol bovino en el tratamiento de purines de plantas de biogás y de residuos vegetales pre-procesados y posterior vermicompostaje se ha realizado con éxito. Propiedades como el pH, carbono orgánico, materia orgánica y relación C:N, se reduce considerablemente, con respecto a la materia prima inicial, además se tiene mayor concentración de nitrógeno, fósforo y potasio con estabilización óptima del residuo (^{Garg y Gupta, 2011}; ^{Yadav et al., 2013}). El vermicompostaje a base de estiércol de vaca genera un producto estabilizado, con una concentración de macros y micronutrientes importante (^{Hernández et al., 2010}).

Otro residuo de origen animal es el estiércol de aves, este contiene una elevada concentración de nitrógeno, por lo que se aconseja su mezcla con residuos orgánicos de alta relación C:N debido a su elevado contenido proteico. Sin embargo, está relativamente bien equilibrado como alimento para las lombrices. El uso del estiércol de aves para vermicompostaje no es tan extendido como el de bovino, trabajos reciente como el de ^{Petmuenwai et al. (2013)}, sugieren el uso de estiércol de ave para vermicompostaje con diferentes residuos agroindustriales (pulpa de yuca, cáscara de yuca, cáscara de eucalipto y de palma aceitera), empleando Eudrilus eugeniae, promueve la sobrevivencia y crecimiento en estas lombrices cuando se usan estos residuos.

El estiércol de conejo, aunque tiene un elevado contenido de nitrógeno, está relativamente equilibrado para su uso como alimento para lombrices de tierra. En ocasiones por su elevado contenido en amonio requiere un lavado previo para su compostaje con lombrices. Este tipo de residuo se ha empleado en combinación con otros estiércoles, como los de caballo, cabra y bovino, utilizando Eisenia fetida para compostaje y su uso en el cultivo de melón en invernadero.Este humus promueve un mayor diámetro ecuatorial y polar, espesor de la pulpa, peso del fruto y rendimiento, a mayor contenido de vermicomposta, lo que resulta ser un biofertilizante de alta calidad para potenciar la producción de este cultivo (^{Moreno-Reséndez et al., 2014}).

El potencial del vermicompostaje para procesar grandes cantidades de estiércol de conejo con E. fetida en condiciones controladas genera buena expectativa. La disminución de pH, la estabilidad en la conductividad eléctrica, la disminución de la carga microbiana en el producto final, indica un mayor grado de estabilización del producto final. Estas características son importante para su uso seguro como enmienda orgánica para suelos (^{Gómez-Brandón et al., 2013}).

El uso de estiércol de origen ovino para vermicompostaje, es otra alternativa para la generación de biofertilizantes. Es un alimento equilibrado nutricionalmente para las lombrices de tierra, solo requiere precompostaje si hay semillas de hierbas. Algunos trabajos reportan su aplicación con diferentes objetivos (^{Moreno-Reséndez et al., 2014}). ^{Coulibaly y Zoro (2010)}, consideran que el crecimiento y reproducción de Eudrilus eugeniae se ve favorecido utilizando estiércol de ovino, pollo, cerdo y de vaca, por lo que recomiendan estas materias primas para el vermicompostaje a gran escala. El empleo de vermicomposta de estiércol de ovino con micorrizas y bacterias diazotróficas para el cultivo de plantas de maíz, ha demostrado que este tipo de humus genera mayor cantidad de hojas, peso húmedo, altura y diámetro del tallo. La adición de bacterias diazotróficas aumenta la colonización microrrízica y con ello el contenido de fósforo pero no de nitrógeno (^{Gutiérrez-Miceli et al., 2008}).

Un producto de interés derivado del proceso de vermicompostaje son los extractos o tés. ^{González et al. (2013)}, consideraron que los extractos presentan características químicas que dependen de su origen y tienen un efecto sobre el pH, conductividad eléctrica y concentración de nutrientes, así por ejemplo los extractos de la vermicomposta de estiércol de borrego y bovino mezclado con pasto presenta valores altos de pH y conductividad eléctrica, así como de macronutrientes (excepto P y Mg) y micronutrientes.

Otro sustrato nutricionalmente bien balanceado para vermicompostaje, es el estiércol de equino. Este residuo tiene gran potencial para generar biofertilizantes. Al respecto, ^{Moreno-Reséndez et al. (2013)}, mencionan que el uso de estiércoles de caballo, cabra y conejo vermicomposteados favorece el crecimiento y desarrollo de plántulas de huizache (Acacia farnesiana), observando mayor altura de la planta, peso fresco y peso seco. Plantas cultivadas de tomate se han visto favorecidas por el uso de humus de lombriz a partir de estiércol de caballo, de cabra, paja de alfalfa y arena. Los beneficios generados por las mezcla, resultan en el incremento de los rendimientos de la planta, observando una mayor respuesta en cuanto a número de lóculos, contenido de sólidos solubles y tamaño de fruto de tomate. Este tipo de humus posee características, físicas y químicas que permiten el desarrollo de tomates (^{Moreno et al., 2008}).

El estiércol porcino es otro tipo de sustrato utilizado para vermicompostaje. Sin embargo, es utilizado conjuntamente con grandes cantidades de residuos orgánicos estructurantes, este residuo también se considera un alimento bien equilibrado para las lombrices de tierra. Se ha utilizado con buenos resultados como medio de germinación, cultivo y producción de tomate, caléndula, pimienta y aldiza, se ha comprobado que incrementa el número de brotes, peso de la raíz, área foliar y proporción brote:raíz tanto de tomate y caléndula, aunque tiene poca influencia en la pimienta y la aldiza. (^{Bachman y Metzger, 2008}).