Caracterización biológica de un vermicompuesto by Ingeniería Agropecuaria JDC

CARACTERIZACIÓN BIOLÓGICA DE UN VERMICOMPUESTO OBTENIDO DE CONTENIDO RUMINAL EN LA FINCA LAS ACACIAS, VEREDA BOJIRQUE, MUNICIPIO DE VENTAQUEMADA, BOYACÁ.

Trabajo de grado para optar al Título Profesional de INGENIERO AGROPECUARIO

JUAN PABLO SANTOS CAMARGO

FUNDACION UNIVERSITARIA JUAN DE CASTELLANOS FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS TUNJA 2015

CARACTERIZACIÓN BIOLÓGICA DE UN VERMICOMPUESTO OBTENIDO DE CONTENIDO RUMINAL EN LA FINCA LAS ACACIAS, VEREDA BOJIRQUE, MUNICIPIO DE VENTAQUEMADA, BOYACÁ.

Trabajo de grado para optar al Título Profesional de INGENIERO AGROPECUARIO

JUAN PABLO SANTOS CAMARGO

Director: JOSÉ FRANCISCO GARCÍA MOLANO ING. AGRONOMO, ESP., Ph.D

FUNDACION UNIVERSITARIA JUAN DE CASTELLANOS FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS TUNJA 2015

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar doy infinitas gracias a Dios, por haberme dado fuerza, paciencia y valor para culminar esta etapa más de mi vida. Agradezco también la confianza y el apoyo brindado por parte de mi madre y mi padre, que sin duda alguna en el trayecto de mi vida me ha demostrado su amor, corrigiendo mis faltas y celebrando mis triunfos. A mi abuela Blanca por quererme y tenerme en cuenta en sus oraciones hacia el altísimo. A mis hermanas, Carolina, María Alejandra y a mi sobrinita María Fernanda, por estar conmigo y apoyarme siempre, las quiero mucho. A mis primos Fabián Mauricio, Andrés, Julián y demás primos que de alguna forma me motivaron y me dieron fuerza para culminar este proyecto. A mis amigos de la Universidad y fuera de ella que nos apoyamos mutuamente en nuestra formación profesional y que compartimos los buenos y malos momentos. Al Ing. José Francisco García por toda la colaboración brindada, durante la elaboración de este proyecto.

DEDICATORIA

Dedico esta tesis a mis familiares que creyeron y que no creyeron en mí, a aquellos que esperaban mi fracaso en cada paso que daba hacia la culminación de mis estudios, a aquellos que nunca esperaban que lograra terminar la carrera a todos los que supusieron que no lo lograría, a todos ellos les dedico esta tesis

PÁGINA DE ACEPTACIÓN

Doctora Marta Martínez Jurado 1

Doctora Marcela Cortes Jurado 2

José Francisco Gracia Director

TABLA DE CONTENIDO

CONTENIDO DE TABLAS ............................................................................................................. 8 CONTENIDO DE FIGURAS ........................................................................................................... 9 1.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 17

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................... 18

PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................ 20

OBJETIVOS................................................................................................................................. 21 4.1.

GENERAL ........................................................................................................................... 21

4.2.

ESPECIFICOS ...................................................................................................................... 21

JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................................... 22

MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................................... 24 6.1

ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................. 24

6.2 MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................... 27 6.2.1

LOMBRICULTURA .......................................................................................................... 27

6.2.2 LA LOMBRÍZ ................................................................................................................ 28 6.2.3

CLASIFICACION TAXONOMICA DE LA LOMBRIZ....................................................... 29

6.2.4 CARACTERISTICAS ................................................................................................... 29 6.2.4.1 Anatomía y fisiología ................................................................................................... 30 6.2.4.2

Reproducción ....................................................................................................... 32

6.2.5 CONTENIDO RUMINAL .................................................................................................... 33 6.2.6 ABONO ORGÁNICO ............................................................................................................. 35 6.2.7 ACTIVIDAD ENZIMÁTICA ..................................................................................................... 35 6.2.7.1

Fosfatasas ................................................................................................................. 37

6.2.7.2

Celulasas ................................................................................................................... 37

6.2.8

BACTERIAS PROMOTORAS DE CRECIMIENTO VEGETAL .............................................. 38

6.3 MARCO SOCIAL ......................................................................................................................... 39 6.4 MARCO LEGAL........................................................................................................................... 39 6.4.1 Norma técnica colombiana 5167 segunda actualización ................................................... 39 6.4.2 Resolución número 187 de 2006 ........................................................................................ 39

6.4.3 Compendio INCONTEC – ICA sobre fertilizantes y acondicionadores de suelos en Colombia 2003 ............................................................................................................................. 39 6.4.4 Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS – 2000...... 40 7.

HIPOTESIS.................................................................................................................................. 41 7.1 HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................... 41 7.2 HIPÓTESIS NULA .............................................................................................................. 41

MATERIALES Y MÉTODOS......................................................................................................... 42 8.1 MARCO GEOGRÁFICO Y CLIMÁTICO ........................................................................ 42

8.2 METODOLOGIA ......................................................................................................................... 43

8.2.1

FASE DESCRIPTIVA ........................................................................................................ 43

8.2.2

DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................................. 43

8.2.4

UNIVERSO, POBLACIÓN, MUESTRA Y UNIDADES EXPERIMENTALES.......................... 45

8.2.5

VARIABLES EVALUADAS ............................................................................................... 45

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ................................................................................. 46

10. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 53 11. RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 54 12. IMPACTO ................................................................................................................................... 55 ANEXOS .......................................................................................................................................... 56 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 73

CONTENIDO DE TABLAS

Tabla 1. Clasificación taxonómica de la lombriz…………………………………...

Tabla 2. Análisis químico de muestras de contenido ruminal………………………

Tabla 3. Análisis a las fracciones de fibra de muestras de contenido ruminal….......

Tabla 4. Algunos microorganismos patógenos del sector de salud que corresponden al estiércol de bovino………………………………………………………

CONTENIDO DE FIGURAS

Figura 1 Anatomía y fisiología de la lombriz……………………………………….

Figura 2 Reproducción de las lombrices……………………………………………. 30 Figura 3 Municipio de Ventaquemada, Boyacá…………………………………….. 39 Figura 4 Actividad Pseudomonasen ufc/g…………………………………….……

Figura 5 Actividad fosfatasa por tratamiento……………………………………….

Figura 6 Actividad celulasa por tratamiento.……………………………………….

GLOSARIO

ABONO ORGÁNICO: Es un fertilizante que proviene de animales, humanos, restos vegetales de alimentos, restos de cultivos de hongos comestibles u otra fuente orgánica y natural. ÁCIDOS OXÁLICO: Acido carboxílico de fórmula H2C2O4. Este ácido bicarboxílico es mejor descrito mediante la fórmula HOOCCOOH. Su nombre deriva del género de plantas Oxalis, por su presencia natural en ellas. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: La actividad enzimática es una medida de la cantidad de enzima activa presente y del nivel de actividad de la misma, por lo que la medida de la actividad es dependiente de las condiciones, que deben ser especificadas cuando se dan valores de actividad. APOENZIMA: Es la parte proteica de una holoenzima, es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios, ya sean iones metálicos (Fe, Cu, Mg, etc.) u orgánicos, que a su vez puede ser una coenzima o un grupo prostético, dependiendo de la fuerza de sus enlaces con la apoenzima. La apoenzima, es por tanto, catalíticamente inactiva, hasta que se le une el cofactor adecuado. AUXINAS: Las auxinas son un grupo de fitohormonas que actúan como reguladoras del crecimiento vegetal. Esencialmente provocan la elongación de las células. BACTERIA BACILLUS SP: Es un género de bacterias en forma de bastón y Gram positiva. El género Bacillus pertenece a la División Firmicutes. Son aerobios estrictos o anaerobios facultativos. BIODEGRADACIÓN: Descomposición natural y no contaminante de una sustancia o producto por la acción de agentes biológicos. BOVINOS: Subfamilia de mamíferos rumiantes bóvidos de cuerpo grande y robusto, generalmente con cuernos gruesos y encorvados, el hocico ancho y desnudo, y cuyas hembras poseen dos pares de mamas.

CATALIZADOR: Es una sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma. CONTENIDO RUMINAL: Es el alimento sin digerir que se encuentra en el primer estómago de los herbívoros que se obtiene como subproducto en el sacrificio de ganado bovino. CITOCININAS: Hormonas vegetales (fitohormonas)que promueven la división y la diferenciación celular. Su nombre proviene del término «citokinesis» que se refiere al proceso de división celular. Son hormonas fundamentales en el proceso de organogénesis en las plantas y en la regulación de diversos procesos fisiológicos como fotosíntesis, regulación del crecimiento (dominancia apical), senescencia, apoptosis vegetal, inmunidad vegetal (resistencia a patógenos) y tolerancia y defensa ante herbívoros. COCONES: Son los capullos o huevos de la lombriz. COMPOST: Es el producto que se obtiene de compuestos que forman o formaron parte de seres vivos en un conjunto de productos de origen animal y vegetal; constituye un “grado medio” de descomposición de la materia orgánica que ya es en sí un magnífico abono orgánico para la tierra. DESHIDROGENASA: Son enzimas capaces de catalizar la oxidación o reducción de un sustrato por sustracción o adición de dos átomos de hidrógeno (deshidrogenación), empleando un par de coenzimas que actúan como aceptores o como donadores de electrones y protones. DESNITRIFICACIÓN: Es un proceso metabólico que usa el nitrato como aceptor terminal de electrones en condiciones anóxicas (ausencia de oxígeno) principalmente. DEYECCIONES: Residuos excretados por un ser vivo solos o mezclados que ya se han transformado. ENZIMAS: Son moléculas especializadas en la catálisis de las reacciones químicas que tienen lugar en la célula. Son capaces de aumentar la velocidad de las reacciones químicas

mucho más que cualquier catalizador artificial conocido, y además son altamente específicos ya que cada uno de ellos induce la transformación de un sólo tipo de sustancia y no de otras que se puedan encontrar en el medio de reacción.

ESTIÉRCOL: Es el nombre con el que se denomina a los excrementos de animales. ESPERMATÓFOROS: Es una cápsula o masa creada por los especímenes machos de varios invertebrados, que contienen espermatozoides, siendo integralmente introducida al órgano sexual femenino durante la cópula. Es una estructura o recipiente que contiene espermatozoides, que se utiliza como sistema de transmisión del esperma y que se intercambia durante la cópula o fecundación. ESPERMATOTECA: Es un órgano del aparato reproductivo de las hembras de ciertos insectos, moluscos y de algunos otros invertebrados y vertebrados. Su propósito es recibir y almacenar el esperma recibido del macho. FERMENTACIÓN: Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra, generalmente más simple, por la acción de un fermento. FUMÁRICO: Es un ácido orgánico presente en muchas frutas y vegetales. Comercialmente se obtiene por la síntesis química o a través de la fermentación del azúcar con hongos. GIBERELINAS: Es una fitohormona producida en la zona apical, frutos y semillas. Sus principales funciones son la interrupción del período de latencia de las semillas, haciéndolas germinar, la inducción del desarrollo de yemas y frutos y la regulación del crecimiento longitudinal del tallo como así también la elongación de órganos axiales: pecíolos, pedúnculos. HIDRÓLISIS: Descomposición de sustancias orgánicas por acción del agua. HIDROLASAS: Una hidrolasa es una enzima capaz de catalizar la hidrólisis de un enlace químico.

HORMONAS VEGETALES: Son sustancias producidas por células vegetales en sitios estratégicos de la planta y estas hormonas vegetales son capaces de regular de manera predominante los fenómenos fisiológicos de las plantas. Las fitohormonas se producen en pequeñas cantidades en tejidos vegetales, a diferencia de las hormonas animales, sintetizadas en glándulas. Pueden actuar en el propio tejido donde se generan o bien a largas distancias, mediante transporte a través de los vasos xilemáticos y floemáticos. LIASAS: Las liasas son enzimas que catalizan la ruptura de enlaces C-C, C-O, C-N y otros enlaces por otros medios distintos a la hidrólisis o la oxidación. LOMBRICULTURA: es una biotecnología que utiliza, a una especie domesticada de lombriz, como una herramienta de trabajo, recicla todo tipo de materia orgánica obteniendo como fruto de este trabajo humus, carne y harina de lombriz. MATERIA ORGÁNICA: Es materia compuesta de compuestos orgánicos que provienen de

los

restos

de organismos que

alguna

vez

estuvieron

vivos,

tales

como plantas y animales y sus productos de residuo en el ambiente natural. METAMERIZADO: se refiere a las unidades o partes iguales de un organismo, pero no cualquier organismo, sino solo algunos como los gusanos. Cada segmento en un gusano, es un metámero. MICORRIZA: Las micorrizas son asociaciones simbióticas entre los hongos y las raíces de las plantas vasculares, en cuyo crecimiento juegan un papel muy importante. En apariencia, las raíces segregan azúcares, aminoácidos y otras sustancias orgánicas utilizadas por los hongos. En contrapartida, parece ser que éstos convierten los minerales del suelo y materiales en descomposición en formas asimilables para las raíces. MICROFLORA: Flora microorgánica de un medio determinado. MICROORGANISMOS PROMOTORES DE CRECIMIENTO VEGETAL: Las bacterias promotoras de crecimiento en plantas (BPCP) son un grupo de diferentes especies de bacterias que pueden incrementar el crecimiento y productividad vegetal. Entre los organismos más conocidos están las especies pertenecientes a los géneros Rhizobium, Pseudomonas, y Azospirillum.

MICRÓFAGAS: es aquel organismo que se alimenta de pequeños trozos de materia nutritiva o de animales mucho más pequeños que él, normalmente de forma automática, sin perseguir y seleccionar activamente sus presas. MICROORGANISMOS ENDOSIMBIONTES: Los microorganismos que viven dentro de otras células y que desempeñan funciones específicas para sus hospedadores. MUESTRA: Es un subconjunto de la población y tiene que ser representativa de esta.

POBLACIÓN: conjunto de observaciones o datos obtenidos de una medición, conteo o cualidad de ciertos caracteres de los mismos.

PROCESO: Conjunto de actividades o eventos. PSEUDOMONAS FLUORESCENS:es un bacilo Gram-negativo, recto o ligeramente curvado pero no vibrioide, es saprófito (todo lo que ingiere pasa a través de la pared de su citoplasma). Se puede encontrar en suelo y agua.

RIZOGÉNESIS: La rizogénesis es el desarrollo de las raíces adventicias. Desde el punto de vista anatómico, consiste en la organización de iniciadores radiculares que se transforman en primordios radiculares, éstos en condiciones adecuadas crecen, atraviesan la corteza y salen al exterior mientras que en el interior se conexionan con el sistema conductor de la estaca.

RESUMEN

Los procesos agroindustriales generan desechos orgánicos biodegradables como ocurre con el contenido ruminal de la planta de sacrificio de ganado en Villapinzón Cundinamarca, donde se generan ocho toneladas quincenales de material sólido, que de acuerdo con las disposiciones de ley deben ser dispuestas adecuadamente para no generar contaminación de suelo, agua y aire. Este material contiene el 70% de humedad razón por la cual no puede compostarse solo y debe mezclarse con otros materiales que absorban humedad lo que dificulta su manejo, por esta razón una alternativa es el suministro de éste como alimento a Eisenia foetida,, la cual soporta estos niveles de humedad y lo transforma eficientemente; sin embargo, deben controlarse pH, %H, y temperatura para evitar la presencia de patógenos y aprovechar las ventajas de esta materia prima rica en proteína, aminoácidos y fibra principalmente; razón por la cual este trabajo pretende evaluar las poblaciones de microoganismos promotores de crecimiento vegetal (Pseudomonas fluorecens, Bacillus sp.) y la actividad enzimática de la fosfatasa y celulalasa que en el proceso se genera. Para esto se tomaran muestras en camas de lombriz alimentadas con contenido ruminal sembradas en distinto tiempo para que tengan diferente grado de descomposición, %H y pH. Teniendo en cuenta que el ensayo se hace en un cultivo de lombriz ya instalado el proyecto no tiene diseño experimental, tiene un solo tratamiento con nueve repeticiones, entonces a la información obtenida se le hizo una prueba de Bartlett para normalidad de datos, prueba ANOVAy prueba de comparación de promedios buscando tener la repetición con mayor número de colonias de MPCV y más actividad enzimática. Las pruebas de laboratorio no reportaron Bacillus y las Pseudomonas no aparecieron en todos los tratamientos, respecto a la actividad enzimática. La enzima de mayor actividad fue la celulasa y la fosfatasa decreciendo en la actividad de la materia prima como producto final.

PALABRAS CLAVE: Compost, abono orgánico, contaminación ambiental, lombricultura, Peudomonas, Bacillus, actividad enzimática.

ABSTRACT

Agro-industrial processes generate biodegradable organic waste as with the content ruminal, of the slaughtering plant in Villapinz贸n Cundinamarca, where eight tons each two weeks of solid material are generated, that according to the provisions of law should be suitably arranged so as not to cause pollution of soil, water and air. This material contains 70% moisture reason cannot be composted alone and be mixed with other materials that absorb moisture making it difficult to manage, therefore an alternative is supplying it as food Eisenia foetida, which supports these levels of humidity and transforms efficiently; however, it must be controlled pH, %H, and temperature to prevent the presence of pathogens and take advantage of this raw material rich in protein, amino acids and fiber mainly; why this study aims to assess the populations of microorganisms plant growth promoters (Pseudomonas fluorecens, Bacillus sp.) and enzymatic activity of phosphatase cellulose in the process it is generated. For this samples are taken on beds of worms fed Content ruminal planted at different times to have different degrees of decomposition,% H and pH. Given that the test is performed in a crop worm installed and no experimental design project has a single treatment with nine repetitions, then the information obtained will be made Bartlett test for normality of data, ANOVA and averages comparison test repetition seeking to have the largest number of colonies MPCV and enzyme activity. Laboratory tests did not report, reported Bacillus and Pseudomonas, They did not appear in all treatments, for enzyme activity. The enzyme was most active cellulose and phosphatase activity decreasing in the raw material as an end product.

KEYWORDS Compost, pollution, vermiculture, Pseudomonas, Bacillus, enzyme activity.

1. INTRODUCCIÓN

En los mataderos, como subproducto de las actividades de sacrificio, llegan a acopiarse varias toneladas de contenido ruminal que de no tener un manejo adecuado pueden producir emisiones de amoniaco antes y durante su almacenamiento y disposición (Eulloque, 2013), escorrentía hacia el agua superficial (Salazar et al., 2003; Uicab & Sandoval, 2003) y representar una fuente potencial de agentes infecciosos como Campylobacter coli y C. jejuni, Cryptosporidium parvum, Giardia spp., Taenia spp., Brucella anthracis, Brucella abortus, Escherichia coli, cepas patogénicas, Leptospira spp., Listeria monocytogenes, Mycobacterium bovis, Mycobacterium avium paratuberculosis, Salmonella spp.,los cuales llegan a causar enfermedades en humanos a través del consumo de agua y alimentos.

El contenido ruminal generado en el municipio de Villapinzón, puede ser reciclado para obtener vermicompost, el cual mejora las propiedades del suelo (Mariani et al., 2000; Azarmi et al., 2008), y estimula los procesos de la planta (Atiyeh et al., 2002; Canellas et al., 2002). Las lombrices, por ser organismos transformadores de materia orgánica fresca, en alta densidad poblacional, llegan a ser convenientes en el proceso de transformación hacia un compuesto que al ser adicionado al suelo, mejora el crecimiento, altura y peso seco de la planta (Arancon y Edwards, 2007; Rodríguez, et al., 2008 y Singh et al., 2012) dado que afecta positivamente la dinámica de absorción de nutrientes porque la microbiota que habita en este es responsable de la degradación bioquímica de la materia orgánica. En este orden de ideas, resulta pertinente entonces caracterizar la microbiota y la actividad enzimática que se da en al vermicompuesto como producto de la transformación del contenido ruminal por Eisenia foetida para determinar que ocurre, respecto a la presencia de microorganismos promotores de crecimiento vegetal (Pseudomonas y Bacillus) y la actividad fosfatasa y celulasa en este sistema.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El contenido ruminal o ruminaza es un subproducto del sacrificio de bovinos y representa un 12% aprox. de la masa corporal de cada animal (Quiroga & Pabón, 2008); (Cadena, 2009), es decir, por lo menos 40 Kg que llegan a sumar varias toneladas del producto en los mataderos y que son eliminados con el consecuente impacto ambiental, ya que originan una alta carga orgánica en los efluentes convirtiéndose en focos permanentes de contaminación ambiental (FAO, 1995). La producción de contenido ruminal para el 2014 en Colombia alcanzó 172.443,264 toneladas (DANE, 2015), de las cuales, Boyacá aportó 50.6044, 8 Ton. Entonces, si este subproducto no es manejado adecuadamente puede impactar de forma negativa en el medio al derivarse emisiones de amoniaco antes y durante su almacenamiento y disposición (Eulloque, 2013). Además, la escorrentía del contenido ruminal y sus componentes hacia el agua superficial contribuye a la contaminación de esta (Salazar et al., 2003; Uicab & Sandoval, 2003). Millner (2008), señala que los estiércoles de bovinos son una fuente potencial de una amplia variedad de agentes infecciosos que pueden causar enfermedades en humanos a través del consumo de agua, alimentos contaminados o insectos vectores. Pero además de lo señalado, posee también una gran cantidad de otros microorganismos (Ayala & Perea, 2000), entonces, para aprovechar el potencial que los desechos orgánicos tienen como abonos, deben pasar por un proceso previo antes de su integración al suelo, de forma tal que el material que se aporte, haya pasado por procesos de mineralización, y estabilización desde el punto de vista de la biodegradación, y de esta manera presentar los macro y micronutrientes en las formas más asimilables posibles (Golueke, 1982; Sánchez, 1994; Rainbault, 1998; Rivera et al., 1998; Roe, 1998; Rivero, et al., 2001).

La importancia de evaluar la presencia de bacterias promotoras de crecimiento vegetal en el lombricompuesto radica en que estas tienen la capacidad de inducir cambios fisiológicos en 18

la planta, que estimulan la tasa de crecimiento (Roe, 1998; AlarcĂłn & Ferrera-Cerrato, 2000), de la misma manera, la actividad enzimĂĄtica expresa el estado en el que se hallan las poblaciones microbianas (Doran, 2002; Gianfreda & Ruggiero, 2006) y las condiciones fisicoquĂmicas del sustrato (Aon & Colaneri, 2001).

3. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN

¿Cuál es el comportamiento microbiológico y enzimático del vermicompuesto obtenido del contenido ruminal de la planta de sacrificio de Villapinzón y procesado en Ventaquemada?

4. OBJETIVOS

4.1.

GENERAL

Realizar la caracterización microbiología y de actividad enzimática en el vermicompuesto obtenido del contenido ruminal procedente de la planta de sacrificio de Villapinzón.

4.2.

ESPECIFICOS 

Cuantificar los microorganismos promotores de crecimiento vegetal, Pseudomonas y Bacillus presentes en el vermicompuesto obtenido a partir del contenido ruminal.



Evaluar el contenido ruminal respecto a la actividad de fosfatasa y celulasa.



Comparar la actividad de las enzimas fosfatasa y celulasa respecto a la composición microbiológica del vermicompuesto.

5. JUSTIFICACIÓN

La generación de desechos orgánicos en la industria cárnica es una problemática ambiental mundial, esta industria se ha clasificado dentro del grupo productivo que genera subproductos a una relación del 30% del peso vivo animal (Hómes, 2008); esta situación es especialmente difícil en los municipios pequeños, donde las limitaciones técnicas y económicas no permiten poner en funcionamiento medidas de manejo ambiental complejas que solucionen el problema de forma definitiva (Guerrero et al., 2004). Según datos del DANE, en lo corrido de 2014 se sacrificaron en Colombia 3.592.568 cabezas de ganado vacuno, Boyacá por su parte contribuyó con 100.426 cabezas, entonces si se tiene en cuenta que un 12% del peso corporal de cada animal corresponde al contenido ruminal se comprende la dimensión de estos aportes, los cuales representan un número considerable de toneladas del producto que deben eliminarse con el consecuente impacto ambiental, ya que dependiendo de su forma de depósito llegará a fosas sépticas, basureros municipales y aguas residuales provocando contaminación (Domínguez & Barajas, 1993; (Ayala & Perea, 2000), así mismo, se convierte en un foco de infección y de riesgo de enfermedades para la población ya que las moscas e insectos que lo colonizan, se desplazan con facilidad de un lugar a otro y portan patógenos para los humanos (Eulloque, 2013). En razón a que las lombrices pueden ingerir directamente los desechos como alimento, es decir, pueden alimentarse de materia orgánica que después de pasar por su tracto digestivo permite el desarrollo de microorganismos (Scott-Fordsmand et al., 2000), una forma de evitar el problema ambiental es suministrárselo como comida, pues estas son muy voraces, llegando a comer hasta el 90% de su peso por día. De esta ingesta, entre el 50 y 60% es convertida en un nutriente natural de altísima calidad (Worms, 2002) que desecha mediante 182 conductos (Eulloque, 2013). Es un organismo rústico, debido a que se adapta con facilidad a la mayoría de ambientes, siempre que se controlen los factores de pH, humedad y temperatura (García, 2006; Pérez et al., 2011; Díaz et al., 2008). Así mismo, es importante aclarar que los microorganismos son directamente responsables de la

degradación bioquímica de la materia orgánica, pero las lombrices juegan un papel muy importante en los procesos de fragmentación y acondicionamiento del sustrato, incrementando el área para el crecimiento de los microorganismos y alterando su actividad biológica (Eulloque, 2013). Las poblaciones altas de lombrices en el sistema de vermicompuesto resultan en una rápida transformación de la materia orgánica fresca (Pandit et al., 2012; Aira & Domínguez, 2010; Villareal et al., 2010; Ibarra et al., 2004) citados por Eulloque, (2013), razones que la hacen muy efectiva en el proceso.

En el municipio de Villapinzón actualmente no se hace un manejo adecuado del contenido ruminal, por ello, una alternativa es reciclarlo para obtener vermicompost, el cual es señalado en varios estudios como mejorador de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo (Aira & Domínguez, 2010; Azarmi et al., 2008), además posee auxinas, ácidos húmicos y fúlvicos, los cuales estimulan los procesos biológicos de la planta (Atiyeh et al., 2002; Canellas et al., 2002). También existen reportes de incrementos significativos en variables del crecimiento como área foliar, altura de la planta y peso seco (Arancon y Edwards, 2007; Rodríguez, et al., 2008 y Singh et al., 2012). Lo cual atribuyen al efecto de sustancias húmicas que tienen una acción hormonal, que se suma a un efecto indirecto relacionado con el metabolismo de microorganismos aportados por el vermicompuesto, que afectan la dinámica de absorción de nutrientes y que a su vez afectan el crecimiento de la planta. Por su parte Blouin et al. (2006), muestran también evidencia de que las sustancias húmicas del vermicompuesto, estimulan la absorción de nitratos por la raíz y la acumulación de este anión en las hojas. Varios autores, entre ellos Domínguez (2004), reportó un incremento en la capacidad de intercambio catiónico, capacidad de almacenamiento de agua, entre otras características.

6. MARCO DE REFERENCIA

6.1 ESTADO DEL ARTE

El lombricompuesto o vermicompuesto, es el producto de la biodegradación de materiales orgánicos a través de la interacción entre lombrices y microorganismos. Contiene reguladores de crecimiento vegetal tales como ácido húmicos y auxinas, giberelinas y citoquininas (Atiyeh et al., 2002). Estos reguladores son producidos por la acción de microorganismos como hongos, bacterias, actinomicetes y lombrices que de esta manera enriquecen la microbiota del suelo (Domínguez, 2004). Se ha sugerido que las lombrices podrían ser agentes importantes capaces de influenciar la producción de sustancias promotoras del crecimiento vegetal por los microorganismos mediante la estimulación y promoción de la actividad microbiana tanto en suelos como en sustratos orgánicos, Nielson (1965), Springett & Syers (1979), Graf & Makeschin (1980), Tomatiet al. (1983), Grappelliet al.(1987), Dell'Agnola & Nardi (1987), Nardiet al.(1988), Tomatiet al.(1987, 1988, 1990), Tomati & Galli (1995). Krishnamoorty & Vajranabhiah (1986) demostraron, mediante experimentos llevados a cabo con varias poblaciones de lombrices, que siete de las especies estudiadas eran capaces de incrementar la producción de auxinas y citoquininas en residuos orgánicos. Además mostraron que existía una fuerte correlación entre las poblaciones de lombrices y la cantidad de auxinas y citoquininas encontradas en 10 suelos de cultivo diferentes. Estos autores señalaron que ambas sustancias podían persistir en el suelo hasta 10 semanas, aunque podían ser degradadas en pocos días si eran expuestas a la luz solar. Existen otros autores que sostienen que las lombrices son las responsables de la producción de sustancias con efecto hormonal. El primero en sugerir esta teoría fue Gavrilov (1963), y esta teoría fue reforzada por la primera prueba de la presencia de PGRs (Plant growth regulators) en tejidos de Aporrectodea caliginosa, Lumbricus rubellus, y E. fetida, aportada

por Nielson (1965), el cual aisló sustancias indólicas de las lombrices y observó un incremento significativo en el crecimiento de plantas de guisante debido a la adición de extractos de las lombrices. Nielson extrajo además una sustancia de las especies Aporrectodea longa, Lumbricus terrestris, y Dendrobaena rubidus, capaz de estimular el crecimiento vegetal; sin embargo, sus experimentos no excluían la posibilidad de que dichas sustancias procediesen de los microorganismos existentes en el intestino y tejidos de las lombrices. Graff & Makeschin (1980) estudiaron los efectos de sustancias producidas porL. terrestris, A. caliginosayE. fetidaen la producción de biomasa de la ballica (Loliumsp.). Añadieron los lixiviados del riego de macetas que contenían lombrices a macetas sin lombrices, y concluyeron que ciertas sustancias capaces de influenciar el crecimiento vegetal, ó PGIs (Plant Growth Influencing Substances), habían sido liberadas en el suelo por las tres especies de lombrices. Más recientemente, El Hartiet al.(2001) mostraron que un extracto bruto de la lombriz L. terrestres era capaz de estimular la rizogénesis en semillas de haba (Vicia faba) debido a la presencia de compuestos indólicos de origen endógeno. Tomatiet al.(1983, 1987, 1988), Tomatiet al.(1990), Grapelliet al.(1987) y Tomati & Galli (1995) observaron que los incrementos en el crecimiento de varias especies ornamentales y champiñones al aplicar vermicompost de diferentes especies eran mucho mayores de lo que cabía esperar por el mero aporte de nutrientes contenidos en las dosis de humus aportadas. Además los efectos sobre el crecimiento incluían la estimulación del enraizado, cambios en el tiempo de floración y el alargamiento de los entrenudos. Mediante la comparación del crecimiento de Begonia, Petunia y Coleus, tras la adición de extractos acuosos de vermicompost o auxinas, giberelinas y citoquininas, concluyeron que existía gran evidencia de efectos hormonales originados por la actividad de las lombrices.

Algunos trabajos recientes muestran que los efectos del vermicompost pueden variar dependiendo de la especie vegetal considerada e incluso de la variedad (Zaller 2007), así como del material de partida, proceso de producción del vermicompost, tiempo de

almacenamiento, y tipo de sustrato al que se vaya a incorporar (Roddaet al.2006, Robertset al.2007). Además Loreset al. (2006) demostraron que en función de la especie de lombriz empleada y del residuo de partida, las comunidades microbianas originadas tras el vermicompostaje eran diferentes, lo que podría implicar distintas capacidades para estimular el crecimiento de las plantas. Pérez et al. (2008), investigaron las características fisicoquímicas y microbiológicas de las enmiendas orgánicas, encontrando que el contenido de materia orgánica (MO) fue superior en deyecciones de lombriz (76% promedio) comparado con los bocashi y los compost, además las características físicas, químicas y biológicas de las enmiendas orgánicas evaluadas varían con las condiciones de manejo, tipo

de material utilizado en su

preparación, condiciones ambientales y procesos de elaboración. Por otro lado, Álvarez et al. (2010), mencionan que la actividad enzimática es un indicador de cambios tempranos en la calidad del suelo por sus relaciones con la microflora, la facilidad de su medición y su rápida respuesta a las prácticas de manejo agrícola. Las fosfatasas catalizan la reacción de hidrólisis de los enlaces ésteres y anhídridos de fosfato. Estas enzimas tienen una función fundamental en el ciclo del P al liberar el ión ortofosfato de compuestos orgánicos e inorgánicos, el cual queda disponible para las plantas. El manejo integrado de fertilizantes y abonos orgánicos tiene un efecto positivo en la actividad enzimática, colonización micorriza, en especial la aplicación de materia orgánica, aumento de la actividad de las fosfatasas, estimulación de la biomasa microbiana y secreción de las raíces (Villareal et al., 2010). Por su parte, Benítez et al. (1999) evaluaron la actividad de la deshidrogenasa durante el proceso de vermicompostaje, y observaron que la misma decrece rápidamente durante las seis primeras semanas del proceso y alcanza un mínimo estable, después de la séptima semana, debido a la reducción en el crecimiento microbiano como consecuencia del agotamiento del carbono hidrosoluble y la subsiguiente reducción de la síntesis enzimática. Esto plantea la medición de la actividad de la deshidrogenasa como un indicador sensitivo para evaluar el estado y evolución de la materia orgánica. Estos mismos autores señalan que la actividad de la ureasa durante el vermicompostaje se incrementa en las dos primeras

semanas como consecuencia de la reducción de la concentración de NH4+ (Amonio); la actividad decrece hasta la sexta semana y permanece casi constante, con un ligero incremento al final del proceso. Dado este comportamiento, la ureasa ha sido señalada como un indicador de la dinámica de la evolución de la materia orgánica. Finalmente, la fosfatasa es una hidrolasa que actúa sobre diversos sustratos para activar la transformación de fósforo orgánico en inorgánico y hacerlo asimilable por las plantas, hecho que le confiere una importancia especial desde el punto de vista agronómico y biotecnológico. Es decir, que el estudio de las variaciones de la fosfatasa durante la estabilización de una enmienda orgánica permitiría visualizar los cambios en cantidad y calidad de los sustratos fosforados. Por lo que la fosfatasa es considerada un marcador del estado biológico de los compost y suelos orgánicos (Vuorinen, 1999). Por otra parte, la síntesis de la fosfatasa es elevada en materiales frescos, mientras que en materiales maduros y estables la actividad de la fosfatasa es menor debido a la reducida masa microbiana en el medio (Benítez et al., 1999 y García & Polo, 1999). En este sentido, la actividad de la fosfatasa decrece durante la primera semana del proceso de vermicompostaje y luego se mantiene ligeramente constante con valores cercanos a 200 µmol PNP/g.h hacia el final del mismo (Benítez et al., 1999).

6.2 MARCO TEÓRICO

6.2.1 LOMBRICULTURA

La lombricultura es una biotecnología que utiliza a una especie domesticada de lombriz, como herramienta de trabajo mediante la cría intensiva de esta para la obtención del lombricompuesto. Es una variación en la tecnología del compostaje para acelerar la degradación de la materia orgánica. La lombriz al consumir material de origen orgánico lo trasforma en su sistema digestivo, llegando así la sustancia a un estado de descomposición avanzado ya que este material

orgánico defecado es comido por otras lombrices y así sucesivamente miles de veces, lo cual es comúnmente denominado humus, pero no es un término correctamente utilizado, técnicamente se llama humus a la materia orgánica degradada que se encuentra químicamente estabilizada como coloide, la cual regula la dinámica de la nutrición vegetal, esto ocurre en forma natural en el suelo. Un alto porcentaje de los componentes químicos del vermicompuesto son proporcionados no por el proceso digestivo de las lombrices, sino por la actividad microbiana que se lleva a cabo durante el periodo de reposo que éste tiene dentro del lecho (Arriaga & Casolco, 2012).

Existen numerosas especies de lombrices, pero solo algunas son viables para criarse en cautiverio. La más usada en la mayoría de los criaderos es la especie roja californiana o Eisenia foetida, la cual ingiere grandes cantidades de materia orgánica descompuesta, moliendo y humedeciendo partículas en el tubo digestivo (acción mecánica más que enzimática) (Frioni, 1998) y además es la especie que mejor se adapta a estas actividades de reciclaje, obteniéndose buenos resultados por ser muy prolífica (Rivero, 2003). De esta ingesta, hasta un 60 % se excreta en una sustancia llamada lombricompuesto o vermicompuesto, que constituye un sustrato ideal para la proliferación de microorganismos útiles. Las lombrices transforman los minerales no asimilables presentes en los desechos y residuos animales en nitratos y fosfatos directamente asimilables por las plantas (Sierra, 2002). 6.2.2 LA LOMBRÍZ Eisenia foetida, conocida también como “lombriz roja” o “californiana” (su nombre deriva de este estado de E.E.U.U. donde se descubrieron sus propiedades para el ecosistema y donde se instalaron los primeros criaderos), es un anélido que hace parte de la macro-fauna del suelo, vive poco más de 15 años, se adapta a un amplio rango de temperaturas, siendo la óptima 25°C y sus niveles críticos oscilan entre 0 y 42°C, en la medida que se aleja del óptimo se reduce la ingestión de alimento y su función reproductora (Merlina, 1992). Se señala que la máxima actividad sexual se logra cuando la temperatura del medio donde habita oscila alrededor de los 20°C ya que el calor excesivo le resulta perjudicial

(Hernández & Roa, 1998). Sin embargo, se ha comprobado que bajo temperaturas de 31°C promedio, esta lombriz roja mantiene un adecuado ritmo de crecimiento y reproducción (Hernández et al., 2005).

6.2.3 CLASIFICACION TAXONOMICA DE LA LOMBRIZ

TABLA 1: CLASIFICACION TAXONOMICA DE LA LOMBRIZ

REINO PHYLLUM CLASE FAMILIA GENERO ESPECIES

Animal Annelida Oligoqueta Lombricidae Lombricus, Eisenia Terrestres, foetida Fuente: García, 2005

6.2.4 CARACTERISTICAS

Las lombrices son micrófagas, es decir, se alimentan de hongos, algas unicelulares, bacterias, diversos protozoos y restos de desechos, lo que significa que pueden ingerir directamente los desechos como alimento. Las lombrices pueden alimentarse de materia orgánica que después de pasar por su tracto digestivo permite el desarrollo de microorganismos (Scott-Fordsmand et al., 2000). De acuerdo a los recursos alimenticios que explotan y las condiciones ambientales en que habitan pueden clasificarse en detritívoras, aquellas que comen sobre capa vegetal o sobre estiércol animal en los horizontes superficiales del suelo rico en materia orgánica, siendo la pared del cuerpo de pigmentos rojos y las geófagas, las que comen grandes cantidades de suelo con materia orgánica, generalmente de colores pálidos (León et al., 1992).

En términos generales, la descomposición de la materia orgánica se realiza en dos fases diferentes: 1) fase activa, donde las lombrices procesan la materia orgánica (Thomson, et al., (2009), y 2) la fase de maduración, donde los microorganismos asumen el control en la descomposición del material orgánico previamente procesado por las lombrices

(Domínguez, 2004) citado por Thomson, et al., (2009). En la fase activa, las lombrices de tierra participan en la descomposición, transformación y mineralización de la materia orgánica a través de procesos que se dan en su sistema digestivo. Estos procesos incluyen la modificación de la actividad y la diversidad microbiana, la modificación de las poblaciones de la microfauna, la homogeneización del sustrato y los procesos intrínsecos de digestión y asimilación. Se incluye también la producción de moco y sustancias excretoras como la urea y el amonio, que constituyen una fuente de nutrientes fácilmente asimilables por los microorganismos. Por otro lado, en la fase de maduración, la descomposición se ve favorecida por la acción de los microorganismos endosimbiontes que viven en el intestino de las lombrices (Thomson, et al., 2009; Lores et al., 2006).

6.2.4.1 Anatomía y fisiología

En la lombriz de tierra el aparato respiratorio es muy primitivo y el intercambio de oxígeno se realiza a través de la pared del cuerpo. El sistema circulatorio, nervioso y excretor está metamerizado, donde existen pares de vasos sanguíneos o “corazones” contráctiles, que impulsan el líquido sanguíneo; de este modo la sangre absorbe oxígeno y alimentos del intestino, eliminando residuos solubles en los riñones (Figura 1) Para comer, la lombriz chupa la comida a través de su boca, denominada probóscide. Cuando llega al estómago, unas glándulas especiales se encargan de segregar carbonato cálcico, que neutraliza los ácidos presentes en la comida ingerida (Martínez, 1996) El sistema muscular está muy desarrollado tanto en sentido longitudinal, como en sentido circular, lo que permite al animal efectuar cualquier tipo de movimiento arrastrándose sobre el terreno, utilizando unos anillos especiales, que son capaces de “clavarse”. Para avanzar, fija los anillos anteriores en el terreno, encoge el resto del cuerpo hacia la parte anterior (hacia la boca), fija entonces los anillos posteriores, libera los anillos anteriores y, empujando con la parte posterior del cuerpo la parte anterior, inicia el movimiento de avance. En esta fase es cuando abre la boca y chupa la comida, la cual después de atravesar todo el aparato digestivo, es expulsada por el ano, que se encuentra en la parte terminal de la lombriz (Rodríguez, 2000), este material expulsado es una estructura biogénica

denominada turrículo, término técnico otorgado a las excretas de la lombriz de tierra (Lavelle, 1988; Barois, 1992; Brown et al., 2000; Lavelle et al., 2006), citados por Thomson, et al., (2009).

Figura 1: Anatomía y fisiología de la lombriz

Fuente:http://www.actaf.co.cu/index.php?option=com_mtree&task=att_download&link_id=89&cf_id=24 editado por el autor

Fisiológicamente, el desarrollo de las lombrices está condicionado por diversos factores físicos que son fundamentalmente, temperatura, luz, acidez del medio o pH, humedad, y aireación (Rodríguez, 2000). Temperatura: La temperatura óptima para el desarrollo de las lombrices debe fluctuar entre 18º a 25ºC (su temperatura corporal es de 19-20ºC) (Rodríguez, 2000). Cuando la temperatura desciende por debajo de 15ºC las lombrices entran en un período de latencia, disminuyendo su actividad. Van dejando de reproducirse y crecer, y los espermatóforos no eclosionan hasta que se presentan condiciones favorables. Luz: En la naturaleza, las lombrices de tierra se desplazan por las praderas a través de los túneles que excavan, buscando las zonas húmedas (Tineo, 1994).

Según Durán (2009), la lombriz de tierra es fotofóbica (huye de la luz del sol), pues los rayos ultravioleta las matan en pocos segundos. Posee unos sensores en la epidermis, que les ayudan a detectar la procedencia de la luz y huir de ella. Así mismo, la luz directa del sol, aumenta la temperatura del medio, llegando a alcanzarse temperaturas mortales si el animal no tiene posibilidad de huir.

pH: La lombriz vive en sustratos con pH de 5 a 8,4. Fuera de esta escala, la lombriz entra en una etapa de latencia (Durán, 2009). Con pH ácido en el sustrato (<7) puede desarrollarse una plaga conocida en el mundo de la lombricultura como planaria (Rodríguez, 2000). Humedad y aireación: la humedad y la aireación del sustrato están muy relacionadas, estos factores influyen tanto en la ingesta de alimento como en la respiración y la reproducción.Para la supervivencia de las lombrices, la humedad debe estar entre el 70 y 80%. Si el sustrato está empapado, con una humedad superior al 85%, la oxigenación es insuficiente dado que las gotas de agua desplazan las burbujas de aire, y se produce falta de oxígeno y ventilación (Martínez, 1996). Una humedad por debajo de 70 % constituye una condición desfavorable porque al estar el sustrato seco, se dificulta el deslizamiento del animal a través del medio, así como la ingestión del alimento. Niveles de humedad inferior al 55 % o superior al 95%, resultan mortales para las lombrices (Rodríguez, 2000).

6.2.4.2

Reproducción

Cada lombriz posee órganos sexuales femeninos y masculinos situados en la parte anterior del cuerpo (Figura 2). Se aparea cada 7 días desde los tres meses de edad, cuando alcanza su madurez sexual y de cada acoplamiento resultan 2 cocones (uno de cada individuo) conteniendo cada cocón de 2 a 4 lombrices. Los cocones son abandonados por los progenitores, permaneciendo en el medio de cultivo de las lombrices y librados a su suerte (Schuldt et al., 2005). Las lombrices se reproducen prácticamente todo el año (Toccalino et al., 2004), pero son incapaces de fecundarse a sí mismas; la fecundación es recíproca, de tal 32

forma que cada una de ellas recibe la esperma de la otra y lo retiene en su aparato genital femenino hasta el momento de la fecundación (Hernández et al., 2005); sin embargo, existen otros señalamientos que indican que los espermatozoides recibidos son almacenados en la espermatoteca de la otra y es allí donde ocurre la fecundación. (Toccalino et al., 2004).

Figura 2: Reproducción de las lombrices

Fuente:http://lachispaadecuada2014.blogspot.com/2015/04/en-las-ultimas-clases-trabajamos-con-el.html editado por el autor

6.2.5 CONTENIDO RUMINAL El contenido ruminal también conocido como “ruminaza” es un subproducto originado del sacrificio de animales, se encuentra en el primer estómago del bovino en el cual al momento del sacrificio contiene todo el material que no alcanzó a ser digerido (Ríos & Ramírez, 2012). Presenta un color amarillo verdoso y un olor característico muy intenso cuando está fresco, además posee gran cantidad de flora y fauna microbiana y productos de la fermentación (Eulloque, 2013).

Frecuentemente se pierden y desperdician muchos subproductos de los mataderos que pueden ser valiosos para su transformación, esto ocurre por falta de conocimiento acerca de su utilización para dicho fin (Mann, 1984). Por otra parte, existe variedad en los subproductos de matadero en cuanto a calidad; dado que estos van a depender del tipo de

alimentación que reciben los animales y de la región. Bajo estas consideraciones se relacionan en las tablas 1, 2 y 3, análisis hechos a contenidos ruminales diferentes, pero que referencian su composición aproximada:

Tabla 2. Análisis químico de muestras de contenido ruminal

Variable (g/100g MS) Humedad % Proteína% Extracto etéreo% Fibra cruda Extracto libre de nitrógeno Ceniza

Contenido ruminal fresco 85** 85*** 9.60** 9.60*** 2.84*** 27.06** 27.09*** -

84.48 * 10.40 * 2.23 * 34.29* % 37.21 * 15.85 *

85**** 9**** 25**** 10.82****

Fuente:*Rafaelli et al. (2006) **Frigorífico Guadalupe S.A. (1994); ***Falla (1995); ****Hómes (2008).

Tabla 3. Análisis a las fracciones de fibra de muestras de contenido ruminal

Variable (g/100g MS) Fibra neutro detergente Fibra ácido detergente Hemicelulosa Lignina Celulosa

Contenido ruminal 65.14± 2.30* 41.19± 3.02* 23.95± 1.57* 14.13± 0.88* 27.05± 2.24*

Fuente:*Rafaelli et al., (2006). Tabla 4. Algunos microorganismos patógenos del sector de salud que corresponden al estiércol de bovino.

Bacterias Campylobacter coli y C. jejuni Brucella anthracis Brucella abortus Escherichia coli cepas patogénicas Leptospira spp. Listeria monocytogenes Mycobacterium bovis Mycobacterium avium paratuberculosis Salmonella spp.

Parásitos

Cryptosporidium parvum Giardia spp. Taenia spp.

Fuente:Millner (2008)

El contenido del rumen de bovinos, 12% aprox. de la masa corporal del animal (Quiroga & Pabón, 2008); (Cadena, 2009), es uno de los subproductos que pueden utilizarse, ya que aun teniendo los animales 24 h de ayuno al momento del sacrificio, pueden obtenerse por lo menos 40 Kg de contenido, en virtud de que el paso del alimento por el tracto gastro-

intestinal de los rumiantes es lento; lo cual representa varias toneladas del producto que impacta negativamente el ambiente, dado que produce una alta carga orgánica en los efluentes y dependiendo de su forma de depósito llegará a fosas sépticas, basureros municipales y aguas residuales provocando contaminación (Domínguez & Barajas, 1993; (Ayala & Perea, 2000) en razón a que se producen emisiones de óxidos de Nitrógeno formados como un producto secundario del proceso de desnitrificación, y además metano formado durante la descomposición del contenido ruminal bajo condiciones anaeróbicas (Eulloque, 2013).

6.2.6 ABONO ORGÁNICO

De acuerdo a la definición del ICA en la NTC 1927, es un material de origen vegetal y/o animal estabilizado y manejado de manera ambientalmente limpia, tanto en su procedimiento como en el transporte, que es aplicado al suelo para nutrición de las plantas, por otra parte la resolución 3079 de 1995 del ICA, define el abono orgánico a aquel producto que al ser aplicado al suelo activa principalmente los procesos microbiales, fomentando simultáneamente su estructura, aireación y capacidad de retención de humedad y aporta pequeñas cantidades de nutrientes. Incluye subproductos animales, estiércoles, residuos vegetales y lombricompuesto, así mismo, la NTC 5167 lo define como producto orgánico obtenido a partir de la estabilización de residuos animales, vegetales o residuos sólidos urbanos separados en la fuente o mezcla de los anteriores que contiene un porcentaje mínimo de materia orgánica expresada como COOT (Carbono Orgánico Oxidable Total) (15% mínimo).

6.2.7 ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Las enzimas son proteínas cuyo papel es catalizar las reacciones químicas en los sistemas vivos actuando sobre sustratos específicos transformándolos en productos necesarios para 35

los ciclos biológicos (Joinville et al., 2004). Todas las reacciones químicas de la célula son catalizadas por enzimas y para que los sistemas químicos de las células funcionen de manera adecuada, deben presentar un equilibrio dinámico o estado estable. Las concentraciones de las substancias en el estado estable que intervienen en las reacciones son reguladas por las enzimas (Quintero et al., 2003). Las enzimas son consideradas “sensores”, ya que integran información sobre el estado y condiciones fisicoquímicas del sustrato (Aon & Colaneri, 2001). Bacterias y hongos sintetizan y liberan enzimas extracelulares, tales como ureasas, proteasas, esterasas, fosfatasas, celulasas entre otras, catalizando las reacciones para la descomposición de la materia orgánica y los ciclos de nutrientes en los ecosistemas terrestres (Taylor et al., 2002; Zhang et al., 2005). Los organismos y las plantas liberan sus enzimas al suelo por secreción y por lisis celular después de su muerte; un bajo porcentaje de estas proteínas quedan inmovilizadas y estabilizadas en interacción con los diferentes componentes de la fase sólida del suelo como las arcillas, moléculas orgánicas y complejos órgano-minerales (Joinville et al., 2004).

Estas enzimas no se destruyen ni se transforman durante las reacciones en las que intervienen, son tan potentes al principio de una reacción como al final, y bastan pequeñas cantidades de ellas para la transformación de cantidades elevadas de producto (Quintero et al., 2003). En condiciones químicas, todas las enzimas conocidas son proteínas. Constan de una fracción proteínica y un grupo “prostético” adicional. Algunas veces, se ha conseguido separar reversiblemente el grupo prostético; en estos casos, la proteína recibe el nombre de apoenzima y el grupo prostético se le denomina coenzima (Quintero et al., 2003).

La actividad enzimática es importante porque refleja el estado en el que se encuentran las poblaciones microbianas, la producción de biomasa, la degradación de contaminantes y la conservación de ecosistemas (Doran, 2002; Gianfreda & Ruggiero, 2006). Para hacer una medición correcta de la actividad enzimática es importante estar seguros de si la reacción es realmente catalizada por una enzima y no por cualquier otro tipo de compuesto que actué 36

como catalizador. La medida se realiza siempre en las condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos. (Gianfreda & Rao, 2011).

6.2.7.1 Fosfatasas

Enzimas que catalizan la hidrólisis de ésteres y anhídridos de ácido fosfórico; dentro del grupo de las fosfatasas se encuentra la monoesterfosfato hidrolasa que cataliza la hidrólisis de glicerofosfatos y se diferencia por el pH óptimo de actuación en fosfatasa ácida y/o alcalina (Trasar et al., 2003). En la mineralización bioquímica de la materia orgánica por la fosfatasa ácida (AFA) influyen las propiedades del suelo, los sistemas de producción y factores ambientales como temperatura y grado de humedad (Tabatabai &, Dick, 2002) ¸(Gómez-Guiñan, 2014).

6.2.7.2 Celulasas

Enzimas producidas por hongos y bacterias, así como también por algunos animales. Pertenecen al grupo de las glicosil hidrolasas y son responsables de la degradación de celulosa, la que comprende la fuente de carbono más abundante en la tierra. Estas enzimas han sido clasificadas según su actividad en: endoglucanasas, celobiohidrolasas o exoglucanasas, y β-glucosidasas. Los 10 dominios catalíticos de las celulasas se encuentran en 16 familias de glicosilhidrolasas, entre las 108 familias existentes en la base de datos de CAZY (Carbohydrate Active Enzymes, www.cazy.org) (Henrissat, 1991) y (Lo Leggio, 2002).

El proceso de degradación de la celulosa parece ser diferente para distintas especies, especialmente entre microorganismos aeróbicos y anaeróbicos. Microorganismos aeróbicos como Trichoderma reesei secreta una combinación de endoglucanasas y celobiohidrolasas, 37

las cuales atacan su sustrato individualmente pero sinergísticamente. Por otro lado, microorganismos anaeróbicos como Clostridium cellulovorans, Clostridium cellulolyticum, Clostridium Josui, y Clostridium thermocellum, producen complejos multienzimáticos extracelulares que tienen alta actividad degradando celulosa cristalina (Ohara, et al., 2000).

6.2.8 BACTERIAS PROMOTORAS DE CRECIMIENTO VEGETAL

Las bacterias que participan en la fijación biológica del nitrógeno y solubilización del fósforo inorgánico, tienen también la capacidad de inducir cambios fisiológicos en la planta, que estimulan la tasa de crecimiento (Rao et al., 1998; Alarcón & Ferrera-Cerrato, 2000). Los mecanismos que son activados por estas bacterias están relacionados con la síntesis de reguladores del crecimiento (Bashan & Holguin, 1997) como auxinas, citocininas y giberelinas, así como en la síntesis de precursores de estas hormonas, las que intervienen en el crecimiento, desarrollo y diferenciación de órganos en las plantas (Davis & Curry, 1991; Duveisko v ski et al., 1993; Hernández, 1997). Mediante estos mecanismos, la fisiología de la planta se lleva a cabo con mayor funcionalidad y efectividad, ya que no demuestra deficiencias nutricionales, además de contar con una maquinaria microbiana anexa a su sistema radical que le permite expresar mayor desarrollo y sanidad.

Otro aspecto de importancia en las bacterias es su capacidad de secretar compuestos orgánicos (sideróforos) que facilitan la nutrición por Hierro (Fe) para las plantas, ya que estos compuestos quelatan iones de Fe, de modo que las plantas lo pueden tomar con facilidad (Schippers et al., 1987). De manera indirecta también contribuyen en la promoción del crecimiento vegetal. Las bacterias del género Pseudomonas son claros ejemplos de microorganismos que liberan sideróforos y promueven el crecimiento de las plantas con las que se asocian (Gryndler & Vosatka, 1996; Vosatka et al., 1992). La síntesis de sideróforos, además de ser influenciada por la capacidad de las mismas plantas (Jones et al., 1996) para producir estos compuestos quelatantes de Fe, también depende de la presencia de microorganismos como Pseudomonas para sintetizarlos. La composición y tamaño de la población microbiana que

compite tanto por sideróforos como por Fe-quelatado, influye directamente en la nutrición de las plantas (Jurkevitch et al., 1992).

6.3

MARCO SOCIAL

El estudio de los microorganismos promotores de crecimiento vegetal y la actividad enzimática del vermicompuesto permitirá conocer la calidad de un compostaje obtenido de un material contaminante de agua suelo y aire, con el fin de garantizar la calidad de los abonos orgánicos producidos a partir de estos residuos ayudando a la disminución de la contaminación ambiental que se presenta en el municipio de Villapinzón. De esta manera se evitan malos olores y focos de insectos vectores causantes de enfermedad.

6.4

MARCO LEGAL

6.4.1 Norma técnica colombiana 5167 segunda actualización Esta norma tiene por objeto establecer los requisitos que deben cumplir y los ensayos a los cuales deben ser sometidos los productos orgánicos usados como abonos o fertilizantes y como enmiendas de suelo.

6.4.2 Resolución número 187 de 2006 Esta norma adopta el reglamento para la producción primaria, procesamiento, empacado, etiquetado, almacenamiento, certificación, importación, comercialización y se establece el Sistema de Control de Productos Agropecuarios Ecológicos. 6.4.3 Compendio INCONTEC – ICA sobre fertilizantes y acondicionadores de suelos en Colombia 2003 Esta norma establece los requisitos que debe cumplir en etiquetado de los envases y embalajes destinados para fertilizantes y acondicionadores de suelos.

6.4.4 Reglamento tĂŠcnico del sector de agua potable y saneamiento bĂĄsico RAS â&#x20AC;&#x201C; 2000 Tratamiento de aguas residuales y los lodos de depura de estos sistemas.

HIPOTESIS

7.1 HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN

Ha: La actividad enzimática y microbiológica de las distintas fechas de cargue de las camas para producir el vermicompuesto es diferente en todos los tratamientos.

7.2 HIPÓTESIS NULA

Ho: La actividad enzimática y microbiológica de las distintas fechas de cargue de las camas para producir el vermicompuesto es igual en todos los tratamientos.

MATERIALES Y MÉTODOS

8.1 MARCO GEOGRÁFICO Y CLIMÁTICO

Ventaquemada se encuentra localizada en el departamento de Boyacá y limita al norte con Tunja y Samacá; por el oriente con Boyacá, Jenesano y Nuevo Colón; por el sur con Turmequé y Villapinzón, finalmente por el occidente con Guachetá, Lenguazaque y Villapinzón. Dentro de este municipio encontramos la vereda de Bojirque en donde se encuentra ubicada la finca las Acacias, lugar donde se llevara a cabo el desarrollo del proyecto el cual tiene una temperatura aproximada de 8 a 14 °C y una altura sobre el nivel del mar de 2630, se ubica al Norte 5° 21" 56"" y al Oeste 73° 31" 30", con una precipitación anual media de 1.367 milímetros y una humedad relativa de 70 a 90% (Alcaldía de Ventaquemada, 2014).

Figura 3: Municipio de Ventaquemada, Boyacá

Fuente:http://ventaquemada-boyaca.gov.co, editado por: Autor

8.2 METODOLOGIA El estudio utilizado para esta investigación fue de tipo descriptivo.

8.2.1 FASE DESCRIPTIVA

En este periodo se recopiló información acerca del tema, para incrementar el grado de conocimientos respecto al problema y aclarar conceptos. Esta fase permitió detallar características de los grupos sujetos de estudio. Con la información consultada y los datos obtenidos, se realizaron los cálculos pertinentes, se aplicó el modelo estadístico de bloques completamente al azar, se realizó la discusión y se llegó a la conclusión de una diferencia significativa al 95% de confianza entre los tratamientos.

8.2.2 DISEÑO METODOLÓGICO

Una vez cumplido el tiempo de transformación del material (1 mes, 2 meses y 6 meses respectivamente), se cosechó la muestra a una profundidad de 5 a 10 cm, se tomaron las muestras en zig-zag lejos de las orillas tratando de cubrir completamente el área de la cama, la muestra se empacó en bolsa plástica de cierre hermético en una cantidad de 500 g por muestra y se guardó en nevera para su envío al laboratorio.

Método de laboratorio: Se hizo utilizando el método de diluciones seriadas 10-3 y 10-1, para Pseudomonas se utilizó agar King B y para Bacillus agar tripticasa soya, se incubó durante 48 horas y posteriormente se hizo el conteo de UFC/g en cada medio de cultivo.

Determinación de la actividad de la fosfatasa Materiales:Viales, agitador de vórtice, tubos, tamiz

Reactivos: PNNP (p- nitrofenil fosfato), CaCl2 (cloruro de calcio), NaOH Hidróxido de sodio), PNP (p-nitrofenol) Procedimiento: La muestra se liofilizó, posteriormente se molió y se pasó por la malla 100, el almacenamiento se realizó a -4ºC. se pesó en cada uno de 10 viales de 1,5mL, 100±2mg de muestra, se agregaron 700µL de PNPP 10mM, se homogenizó el contenido en agitador de vórtice y se incubó a temperatura ambiente con agitación horizontal a diferentes intervalos de tiempo para cada par de tubos ( los intervalos usualmente variaron entre 10y 20 minutos), pasado el tiempo de reacción respectivo, se agregaron 250µL de CaCl2 1.0 M, se agitaron y se agregaron 500 µL de NaOH 2.0M, se homogenizó el contenido y luego se centrifugó a 3500rpm. Se tomaron 100 µL del sobrenadante, se mezclaron con 2000 µL de agua desionizada y se leyó la absorbancia a 405 nm.

Determinación de la actividad de la celulasa Materiales: Viales, agitador de vórtice, tubos, tamiz. Reactivos: CMC (carboximetilcelulosa), DNS (Acido 2,5 – dinitrosalicilico), NaOH (Hidróxido de sodio), tartrato de Sodio y Potasio. Procedimiento: La muestra se liofilizó, posteriormente se molió y se pasó por la malla 100, el almacenamiento se realizó a -4ºC. Se pesó en cada uno de 10 viales de 1,5mL, 100±2mg de muestra, se agregaron 1000µL de CMC al 1%, se homogenizó el contenido en agitador de vórtice y se incubó a temperatura ambiente con agitación horizontal a diferentes intervalos de tiempo para cada par de tubos (los intervalos usualmente variaron entre 10y 20 minutos), pasado el tiempo de reacción respectivo, se agregaron 500µL de dH2O y se agitó. Se tomaron 250 µL del sobrenadante, se mezclaron con 250 µL de reactivo DNS, se llevó a baño de maría a ebullición por 10 minutos, se diluyó 1 a 4 y se leyó la absorbancia a 540 nm.

8.2.3 TRATAMIENTOS Tratamientos: 3 Repeticiones: 3

8.2.4 UNIVERSO, POBLACIÓN, MUESTRA Y UNIDADES EXPERIMENTALES

Universo: vermicompuesto Población: 9 camas (3 camas contenido ruminal y seis camas de vermicompuesto de diferente edad) Muestra: vermicompuesto Unidades experimentales: 1 cama

8.2.5 VARIABLES EVALUADAS Variable independiente: edad de las camas (1 mes, 2 meses y 6 meses). Variables dependientes: ufc/g de Pseudomonas fluorecens, ufc/g Bacillus sp., actividad de fosfatasa y actividad de celulasa

9. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Microorganismos promotores de crecimiento vegetal, Pseudomonas y Bacillus contenidos en los diferentes tratamientos. Los resultados de laboratorio permitieron observar que ni la materia prima ni los dos tratamientos reportan poblaciones de Bacillus subtilis (anexo 2C), lo que seguramente puede estar ocurriendo debido a que esta bacteria tiene como hábitat preferencialmente el suelo. Algunas especies de Bacillus, como B. subtilis, producen antibióticos y son consideradas rizobacterias promotoras del crecimiento, debido a que ejercen control biológico sobre algunos patógenos del suelo. Otras especies, como B. megaterium, B. polymyxa y B. circulans, tienen mecanismos para promover el crecimiento de las plantas, diferentes al control de patógenos, como fijación de nitrógeno y solubilización de fosfatos, haciendo más disponibles los nutrientes en la rizosfera, en beneficio de las plantas (Loredo-Osti et al., 2004).

Para el caso de las Pseudomonas los resultados del análisis estadístico no mostraron diferencias significativas; se observa que el contenido ruminal presenta entre 15 x104 hasta 4,1x104 ufc/g (anexo 2C) con una media de 9,55x104ufc/g (grafica4) mientras que una vez trasformado por la lombriz a los cinco meses las poblaciones están entre 1.0 x 10 4 hasta 21 x 10 4 ufc/g ( anexo 2C ) con una media de 11.0 x 104 ufc/g (figura 4); sin embargo durante el proceso de trasformación las poblaciones de estos organismos descienden a los dos meses hasta 1.6 x 10 4 ufc/g (anexo 2C). Al respecto los microorganismos promotores de crecimiento vegetal (MPCV), pueden ser de vida libre o asociativos, aerobios, anaerobios o anaerobios facultativos (Rodríguez, 1995) y tienen mecanismos que ejercen efectos positivos sobre las plantas. Entre ellos se pueden mencionar la fijación de N2 (ej. Azospirillum), la solubilizarían de Fósforo (P) (ej. Pseudomonas sp.), como los analizados en el presente estudio; además los (MPCV) pueden producir ácidos orgánicos que aumentan la disponibilidad de varios nutrientes

indispensables para las plantas (ácidos oxálico, fumárico y cítrico) y fosfatasas facilitando la solubilidad del P y otros nutrientes (Puente et al., 2010). De otra parte, las bacterias del género Pseudomonas son claros ejemplos de microorganismos que liberan sideróforos y promueven el crecimiento de las plantas con las que se asocian (Gryndler & Vosatka, 1996; Vosatka et al., 1992). También, se puede encontrar entre los promotores de crecimiento vegetal Rhizobium que mejora la germinación de semillas de tomate seguramente porque los rizobios producen ácido indolacetico, giberelico y citoquinina hormonas de crecimiento vegetal (Santillana et al 2005).

Figura 4. Actividad Pseudomonasen ufc/g.

Actividad de la fosfatasa y celulasa en contenido ruminal y vermicompost

Fosfatasa La deshidrogenasa durante el proceso de vermicompostaje, decrece rápidamente durante las seis primeras semanas y alcanza un mínimo estable(Benítez et al., 1999), este comportamiento también fue observado en la fosfatasa del presente estudio, sin embargo a los dos meses se registra un descenso (Figura 5) luego un leve aumento en la semana seis, debido seguramente a la reducción en el crecimiento microbiano Pseudomonas (Figura 4) como consecuencia del agotamiento del Fósforo que en el producto final es muy bajo

(anexo 2B) y la subsiguiente reducción de la síntesis enzimática. De acuerdo con esto se plantea la medición de la actividad de la fosfatasa como un indicador sensitivo para evaluar el estado y evolución de la materia orgánica, tal como lo sugiere Benítez et al. (1999) con La deshidrogenasa. Estos mismos autores señalan que la actividad de la ureasa durante el vermicompostaje se incrementa en las dos primeras semanas como consecuencia de la reducción de la concentración de NH4+lo que puede estar ocurriendo en el vermicompostaje

del presente ensayo, supuesto hecho teniendo en cuenta que las

Pseudomonas pueden ser fijadoras o mineralizadoras de nitrógeno. Los análisis estadísticos no muestran diferencias significativas entre tratamientos como se observa en la figura 5. El contenido ruminal muestra una media de 2165.03 (mM/min*g) actividad que desciende a los dos meses de haberse transformado por la lombriz a una media de 570.3 (mM/min*g) y a los cinco meses se tiene un incremento de la actividad de esta enzima hasta 786.0 (mM/min*g) (figura 6). Las enzimas del vermicompost y compost pueden clasificarse en diferentes categorías según su localización en este microambiente. La medición de la actividad de una determinada enzima es, en general, una mezcla de actividades que pertenecen a dos o más categorías (Quintero et al., 2002). El 90% del fosforo del suelo es orgánico, los microorganismos lo trasformana formas disponibles mediante fosfatasas. Teniendo en cuenta que el contenido ruminal es el forraje que consumieron los bovinos y que se extrae del rumen al momento del sacrificio y que además no ha sido totalmente trasformado, puede ser la explicación para tan alta actividad de esta enzima en esta materia prima; teniendo en cuenta que el fosforo en los vegetales es totalmente orgánico y que está en diferentes moléculas que constituyen los vegetales como ácidos nucleiocos, aminoazucares, aminofosfatos, fosfolípidos entre otros que se convierten en alimento para los solubilizadores de fosforo (Coyne, 2002).

La variación en la actividad de esta enzima se puede deducir a que esta es muy sensible a condiciones como pH, temperatura y humedad dado para el caso del presente ensayo, el promedio de humedad del T0 era 70%, para T1 40% y T2 50% (Anexo 2).

Figura 5: Actividad fosfatasa por tratamiento

Celulasa

El análisis estadístico de la actividad de la celulasa no muestra diferencias significativas entre tratamientos y la menor actividad la muestra el contenido ruminal o materia prima con una media de 2314.8 (mM/min*g) a partir de la cual se alimenta la lombriz para transformarlo; esta actividad se incrementa por la intervención de la lombriz hasta 3206.1 (mM/min*g) como se observa en la figura 6 y desciende nuevamente hasta 2590.6 (mM/min*g) cinco meses después de ser intervenido.

La eficiencia con la cual una enzima actúa sobre su sustrato es afectada por factores como: contacto entre enzima y sustrato, concentración de la enzima y el sustrato, presencia de coenzimas o de activadores e inhibidores, temperatura y pH (Quintero et al., 2002).

En este sentido el proceso de degradación de la celulosa parece ser diferente para distintas especies, especialmente entre microorganismos aeróbicos y anaeróbicos. Microorganismos aeróbicos como Trichoderma reesei secreta una combinación de endoglucanasas y celobiohidrolasas, las cuales atacan su sustrato individualmente pero sinergísticamente. Por otro lado, microorganismos anaeróbicos como Clostridium cellulovorans, Clostridium

cellulolyticum, Clostridium Josui, y Clostridium thermocellum, producen complejos multienzimáticos extracelulares que tienen alta actividad degradando celulosa cristalina (Ohara, et al., 2000).

Figura 6: Actividad celulasa por tratamiento

Relación entre enzimas, composición microbiológica y actividad de la lombriz en el producto terminado

El producto de biodegradación de materiales orgánicos a través de la interacción entre lombrices y microorganismos contiene ácido húmico y auxinas, giberelinas y citoquininas reguladores de crecimiento vegetal (Atiyeh et al., 2002), por lo que es posible encontrarlos en el vermicompuesto analizado en este ensayo, dado que estos reguladores son producidos por la acción de microorganismos como hongos, bacterias, actinomicetes y lombrices (Domínguez, 2004). Las lombrices son las responsables de la producción de sustancias con efecto hormonal Gavrilov (1963). Esta teoría fue reforzada por la primera prueba de la presencia de PGRs (Plant growth regulators) en tejidos de Aporrectodea caliginosa, Lumbricus rubellus,y E. foetida, aportada por Nielson (1965) quien extrajo además una sustancia de las especies Aporrectodea longa, Lumbricus terrestris, y Dendrobaena rubidus, capaz de estimular el

crecimiento vegetal; sin embargo, sus experimentos no excluían la posibilidad de que dichas sustancias procediesen de los microorganismos existentes en el intestino y tejidos de las lombrices. Las enzimas están presentes en todas las actividades de los seres vivos, actividad microbiana, exudados de la raíz, actividad de macro y mesoorganismos entre otras, su presencia depende del sustrato, condiciones abióticas y organismo que la produce. Las enzimas son sensores que integran información sobre el estado y condiciones físico químicas del sustrato. Se han encontrado 50 a 60 enzimas con la actividad de los procesos de mineralización de compost y vermicompost entre ellas oxireductasas, transferasas, hidrolasas y liasas.

La gran actividad de la fosfatasa y celulasa mostrada en el sustrato (anexo 2B) esta generada por la presencia de organismos especializados lo que estaría indicando que en este vermicompuesto se encuentran grupos funcionales de solubilizadores de fósforo y celulolíticos que no fueron medidos en el presente ensayo, pero que serían los responsables de esta actividad enzimática Investigaciones han mostrado una correlación entre el numero microbiano y la actividadenzimática, pero alguna veces la actividad es independiente de la proliferación microbiana (Quintero et al., 2002). Por esta razón se puede considerar que son un indicador de poblaciones de microorganismos es decir que la actividad de la celulasa en el contenido ruminal y en el vermicompuesto obedece a que existen poblaciones de microorganismos celuloliticose igualmente ocurre con los solubilizadores de Fósforo que estarían presentes por la actividad encontrada de la fosfatasa en todos los tratamientos. Igualmente el grupo de Pseudomonas también contiene solubilizadores de Fósforo. De acuerdo con Fernándezet al. (2008) en un sustrato la fosfatasa está segregada por bacterias y hongos siendo variable en ambos casos dependiendo si la fosfatasa es acida o alcalina lo que está determinado por las condiciones abióticas del sustrato.

Finalmente todos los microorganismos requieren de Fósforo y Carbono como fuente de energía para completar su metabolismo y desarrollar su actividad en el sustrato, aunque no ejerzan acción sobre determinada molécula del sustrato.

De la misma manera los compuestos orgánicos intervenidos por estos organismos y otros que forman el consorcio que lo habitan, logran mineralizar moléculas orgánicas como proteínas para liberar nitrógeno, azufre y carbono, así mismo degradan compuestos fosfatados para liberar fosforo, y en general todas las moléculas orgánicas que contienen calcio, hierro, magnesio y potasio entre otros elementos que hacen parte del compuesto final producto de las deyecciones de la lombriz y de la actividad de los microorganismos como se observa en el análisis físico-químico realizado al vermicompostaje por la empresa FERTISOLUCIONES a partir del contenido ruminal (ver anexo 3 y 4) y que permite clasificarlo de acuerdo a la norma 5167 como enmienda orgánica.

10. CONCLUSIONES



Al analizar el contenido ruminal como materia prima y el vermicompuesto como producto final se concluye que no tienen poblaciones de Bacillus subtilis debido a que este material no ha tenido contacto con el suelo de donde este microorganismo es habitante natural, por lo que se encuentra en otros materiales compostados.



Las poblaciones de Pseudomonas se incrementan al final del proceso, seguramente porque este género es muy polifacético y en él encontramos fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosforo, proteolíticos entre otros y en la composición química del vermicompuesto se encuentran estas moléculas que harían posible su presencia.



La actividad de la fosfatasa decrece en la medida que es intervenida por la lombriz, sin embargo su actividad es alta cuando el vermicompuesto se ha estabilizado, por el contenido de Fósforo del vermicompuesto reportado en los análisis químicos.



La actividad de la celulasa se incrementa en la medida en que la materia prima es intervenida por la lombriz, debido a que el material es rico en celulosa, lo que obliga a la presencia de microorganismos celuloliticos a segregar esta enzima.



La presencia de celulasa y fosfatasa es un indicador de celuloliticos y solubilizadores de Fósforo, teniendo en cuenta que estos organismos la producen para degradar los compuestos que contengan celulosa y Fósforo, dado que estas moléculas son su alimento.

11. RECOMENDACIONES



Se sugiere que además de los análisis de actividad enzimática y promotores de crecimiento vegetal, se hagan análisis de composición química por tratamiento y replicación.



Se recomienda hacer análisis de grupos funcionales de celuloliticos y solubilizadores de Fósforo, teniendo en cuenta que estos son los responsables de los procesos de mineralización de Fósforo y Carbono.



Se aconseja hacer

análisis de proteasa y nitrato reductasa

así como de

microoganismos fijadores de nitrógeno de vida libre, teniendo en cuenta que este lombricompuesto muestra un bajo porcentaje de nitrógeno.

12. IMPACTO

Teniendo en cuenta que las enmiendas orgánicas no suplen las necesidades nutricionales de una planta por falta de elementos, este trabajo de investigación aporta información sobre la presencia de microorganismos que promueven el crecimiento vegetal bien sea porque mineralizan la materia orgánica haciendo disponibles los nutrientes o porque contribuyen en la fijación de nitrógeno, solubilizan Fósforo o segregan hormonas que facilitan o promueven el crecimiento y desarrollo de la planta. Igualmente se tiene ahora conocimiento de la actividad enzimática de fosfatasas y celulasas que mejoran condiciones físicas del suelo, así como la formación de agregados y activan condiciones químicas aumento en la capacidad de intercambio catiónico, aumento del potencial oxido reducción y regulación del pH.

ANEXOS ANEXOS 1 ANALISIS ESTADISTICO

Bartlett test of homogeneity of variances

data: act.Fosfatasa by TRATAMIENTO Bartlett's K-squared = 4.8473, df = 2, p-value = 0.0886

>shapiro.test(resid(model))

Shapiro-Wilk normality test

data: resid(model) W = 0.9156, p-value = 0.357

>anova(model) Analysis of Variance Table

RESPONSE: ACT.FOSFATASA Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) TRATAMIENTO 2 4295480 2147740 1.9487 0.2228 no hay diferencias significativas Residuals

6 6612698 1102116

out<-LSD.test(model,"TRATAMIENTO") >out $statistics Mean

CV MSerror

LSD

1162.656 90.29478 1102116 2097.425

$parameters Df ntr t.value 6 3 2.446912

$means act.Fosfatasa

std r

LCL

UCL Min

Max

2131.7000 1707.7412 3 648.5966 3614.803 1019.6 4098.0

785.9667 560.8088 3 -697.1367 2269.070 181.4 1289.2

570.3000 274.7049 3 -912.8034 2053.403 402.0 887.3

$comparison NULL

$groups trt

means M

1 T0 2131.7000 a 2 T1 785.9667 a 3 T2 570.3000 a

>model<-aov(act.celulasa~TRATAMIENTO,data=datos) >bartlett.test(act.celulasa~TRATAMIENTO,data=datos)

Bartlett test of homogeneity of variances

data: act.celulasa by TRATAMIENTO Bartlett's K-squared = 0.1853, df = 2, p-value = 0.9115

>shapiro.test(resid(model)) Shapiro-Wilk normality test

data: resid(model) 57

W = 0.8472, p-value = 0.06938

>anova(model) Analysis of Variance Table

RESPONSE: ACT.CELULASA Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) TRATAMIENTO 2 Residuals

1249422 624711 2.1142 0.2019 no hay diferencias significativas 1772904 295484

>out<-LSD.test(model,"TRATAMIENTO") >out $statistics Mean

CV MSerror

LSD

2703.844 20.10413 295484 1086.025

$parameters Df ntr t.value 6 3 2.446912

$means act.celulasa

std r

LCL

UCL Min

Max

2314.800 550.4695 3 1546.865 3082.735 1690.3 2729.6

2590.600 443.2453 3 1822.665 3358.535 2168.2 3052.1

3206.133 622.0682 3 2438.198 3974.069 2488.0 3578.7

$comparison NULL $groups trt

means M 58

1 T2 3206.133 a 2 T1 2590.600 a 3 T0 2314.800 a

>model<-aov(Pseudomonas~TRATAMIENTO,data=datos) >bartlett.test(Pseudomonas~TRATAMIENTO,data=datos)

Bartlett test of homogeneity of variances

data: Pseudomonas by TRATAMIENTO Bartlett's K-squared = 6.115, df = 2, p-value = 0.04701

>shapiro.test(resid(model))

Shapiro-Wilk normality test

data: resid(model) W = 0.8833, p-value = 0.1701

>anova(model) Analysis of Variance Table

RESPONSE: PSEUDOMONAS Df

Sum Sq

Mean Sq F value Pr(>F)

TRATAMIENTO 2 8.1202e+09 4060111111 0.6051 0.5762 no hay diferencias significativas Residuals

6 4.0258e+10 6709666667

>out<-LSD.test(model,"TRATAMIENTO") >out $statistics Mean

MSerror

LSD 59

47444.44 172.6494 6709666667 163652.7

$parameters Df ntr t.value 6 3 2.446912

$means Pseudomonas

std r

LCL

UCL Min

Max

T0 63666.667 77526.340 3 -52053.27 179386.6 0 150000 T1 73333.333 118462.371 3 -42386.60 189053.3 0 210000 T2

5333.333 9237.604 3 -110386.60 121053.3 0 16000

$groups trt

means M

1 T1 73333.333 a 2 T0 63666.667 a 3 T2 5333.333 a

ANEXO 2A.

B. ANALISIS ENZIMATICOS DE LA FOSFATASA Y CELULASA

C. ANALISIS MICROBIOLOGICO Pseudomonas y Bacillus subtillis

ANEXO 3 A. ANÁLISIS ORGANOLÉPTICOS DEL LOMBRICOMPUESTO

B. ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS DE LOMBRICOMPUESTO

C. ANALISIS MICROBIOLOGICOS DEL LOMBRICOMPOST

A. ANEXO 4. ANALISIS ORGANOLEPTICOS DEL CONTENIDO RUMINAL

B. ANALISIS FISICO-QUIMICOS DE CONTENIDO RUMINAL

ANEXO 5 MATERIALES Y METODOS

FUENTE: SANTOS (2015)

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