Cómo podemos mejorar los lixiviados de compostaje

En el procesado del compost de los restos vegetales se sufren transformaciones debido a la actividad de los microorganismos (principalmente bacterias y hongos) presentes de forma natural en estos residuos. Durante este proceso se generan por percolación. Los lixiviados de restos vegetales son líquidos que drenan como producto de la descomposición aerobia de la fracción orgánica de estos vegetales, junto al agua aportada y el agua de lluvia, que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos. 

Solo en Almería en 2023, se estimó 1,94 millones de toneladas de residuos vegetales (González et al., 2024), los cuales contienen más de un 80 % de humedad, que en gran parte se evapora, pero el resto se desprende en forma de lixiviados. 

Estos residuos son gestionados por gestores autorizados. Solo en uno de ellos, para el año 2019, se contabilizaron más de 7.000 m³/año de lixiviado procedente de restos vegetales y más 5.000 m³/año de lixiviado procedente de frutos (datos de Servicios Ambientales Las Chozas, 2023). 

El tratamiento de estos efluentes es complicado por su alta concentración en sales y contaminantes, además de malos olores y un gran impacto ambiental. Actualmente no existe una alternativa viable para el uso de estos lixiviados, los cuales en parte son incorporados en la producción de compost, y el resto se almacena en balsas para su evaporación natural, siendo muy minoritario el reúso como fertilizante. 

Dependiendo del residuo vegetal, que está determinado por la época del año en él que se produce el cultivo y se retira, va a condicionar el tipo de compost que se va a obtener y, en este sentido, según las acciones que realice el agricultor en sus cultivos, determinará las sustancias microcontaminantes y/o materias activas de plaguicidas que pueda contener tanto el compost como los lixiviados generados en el proceso de compostaje. Estas cantidades son en pequeñas, pero con una variabilidad de sustancias que depende mucho del tipo de cultivo a compostar.

El uso de estos lixiviados si se usaran como fertilizante aportarían una gran cantidad de beneficios a la hora de cultivar, ya que ayuda a mejorar la estructura del suelo, debido a que permiten aumentar la retención de líquidos y la aireación, además aportarían una gran cantidad de nutrientes y favorecen su asimilación, por lo tanto enriquecen al medio de cultivo con microorganismos beneficiosos que permiten obtener un mayor rendimiento en la producción, plantas más fuertes y frutos con mayor uniformidad.

Desde el punto de vista nutricional, los elementos más interesantes son los contenidos orgánicos, como: el carbono, la materia orgánica y el nitrógeno amoniacal, que son un aporte muy importante para los suelos agrícolas y favorecen no solo a los cultivos, sino también a la parte biológica de los suelos.

Los lixiviados contienen otros elementos nutricionales como potasio, calcio, magnesio, hierro, etc., que contribuyen a la nutrición de los cultivos donde se usen. La mayoría de estos compuestos son útiles como nutrientes en la producción de los cultivos, lo que nos permitiría reducir el consumo de fertilizantes químicos, mejorando la sostenibilidad de los sistemas agrarios y conllevando una menor contaminación ambiental. 

En la tabla 1 se puede observar los valores de un lixiviado procedente de un compost de restos vegetales de cultivos de otoño-invierno (2024), donde los nutrientes destacables son el nitrógeno en forma de amonio, potasio, calcio, magnesio y hierro como elementos nutricionales. Las altas concentraciones de cloruros determinan la conductividad eléctrica de estos lixiviados, con valores bastante elevados (57 dS/m, o superiores), lo que condiciona el modo de aplicación de estos lixiviados en los cultivos (Tabla 1).

Además de los compuestos nutricionales, se encuentra gran cantidad de microorganismos beneficiosos para las plantas y el suelo. Sin embargo, la riqueza microbiana de los extractos está determinada por las características del compost original y las condiciones de incubación (Eudoxie y Martin, 2019). El lixiviado de compost contiene principalmente microorganismos de origen bacteriano y fúngico. 

1- Materias activas de fitosanitarios en los lixiviados de compostaje

En el proceso de compostaje de residuos agrícolas se degradan la mayoría de los contaminantes orgánicos. Estos lixiviados al proceder de restos de cultivos suelen contener algunas sustancias no biodegradables, como materias activas de plaguicidas y otras sustancias emergentes en cantidad pequeñas, que limita la utilización de este material como biofertilizantes en los cultivos, por lo tanto, es necesario eliminar o reducir estas materias para tener suficientes garantías de que no se van a generar problemas en los cultivos donde se apliquen.

La contaminación de los cultivos por pesticidas es especialmente importante para la agricultura ecológica, donde el uso de compost, también derivado de la agricultura convencional, está permitido y es una práctica común. Pequeñas cantidades de residuos pueden entrar en los cultivos ecológicos, por ejemplo, directamente por ‘deriva’, cuando los cultivos convencionales vecinos son tratados con productos fitosanitarios, o indirectamente a través de residuos presentes en productos de entrada, como fertilizantes orgánicos. 

En la mayoría de los suelos agrícolas, incluidos los suelos de explotaciones ecológicas, existe una presencia persistente de pesticidas debido a prácticas agrícolas en el pasado (Silva et al., 2019; Geissen et al., 2021; Riedo et al., 2021; Junta de Andalucía, 2022). 

En muchos casos, estos residuos permanecen después de varios años de horticultura ecológica, pero también para productos que todavía están en el mercado y se usan comúnmente. Ejemplos de estos últimos son algunos de los fungicidas del grupo de los triazoles, como flutriafol con un DT50 (tiempo de degradación al 50 % de la concentración) en el suelo de más de 3 años (PPDB, 2023), pero también para otros productos clasificados como 'persistentes'. 

En el desarrollo del proyecto LIXAGRO (Bioeconomía circular de los restos de cultivo para su reutilización en agricultura, GOPG-AL-23-0005), se hizo un estudio sobre la composición de diferentes lixiviados en diferentes épocas del año y diferentes años, mediante análisis multirresiduos (mediante cromatografía de gases y de líquidos). Se detectaron en total 25 materias activas de fitosanitarios diferentes, 12 insecticidas y 13 fungicidas, si bien el tipo de materia activa y concentración variaban según la época del año y cada año.

En general, el número de materias activas detectadas fueron mayores en las épocas de otoño respecto a la época de primavera, con mayor concentración y mayor número. Por ejemplo, en 2015, se detectaron 8 materias activas en los lixiviados recogidos en primavera y 17 materias activas en otoño. Esto se debe fundamentalmente a que los lixiviados se utilizan para humedecer las pilas de compostaje, concentrándose las materias activas e incorporando nuevas materias procedentes del nuevo material a compostar.

En 2018 los análisis mostraron una reducción del número de materias activas detectadas, en enero se detectaron 6 materias activas y en otoño 9 materias activas, con concentraciones inferiores a 2015.

En primavera de 2022 se detectaron 9 materias activas y en enero de 2023, 10 materias activas, destacando 3 materias activas nuevas (Flupiradifurona, Fluxapiroxad y Sulfoxaflor) y 4 nuevas en 2023 (Flupiradifurona, Ametoctradina, Sulfoxaflor y Triadimenol). El Propamocarb, fungicida sistémico, apareció en mayor cantidad que años anteriores posiblemente al mayor uso de esta en los cultivos.

En 2024 el número de materias activas detectadas fue muy similar a 2022 y 2023. En todos los años siempre se han detectado 4 fungicidas; Fludioxonil, Frutiafol, Propamocarb y Fluopiram y 2 insecticidas Espirotetramat-enol y Flonicamid metabol.-TFNA, pero en 2024 las concentraciones de estos principios activos fueron muy inferiores a los años anteriores.

Figura 2. Materias activas de fitosanitarios detectados en lixiviados de compostaje de restos vegetales, en diferentes épocas y años.

Analizando por materias activas, el Acetamiprid (insecticida) mantiene más o menos los niveles de concentración en los lixiviadas a lo largo de los años evaluados, mientras otros como Fludioxonil, Flutriafol (fungicidas) y Flonicamid metabol.-TFNA (insecticida) han ido disminuyendo a lo largo de los años por la reducción en su aplicación, otras como Espirotetramat-enol (insecticida), Fluopiram (fungicida) y Propamocarb (fungicida) han ido aumentando en los últimos años (Figura 3). 

Figura 3. Evolución de las principales materias activas de fitosanitarios detectados en lixiviados de compostaje de restos vegetales.

Hay materias activas que han ido desapareciendo y otras que han ido apareciendo en los lixiviados debido a su uso por parte de los agricultores para el control de plagas y enfermedades en los cultivos. El Triadimenol es un fungicida que en los últimos años no se ha detectado en los lixiviados, en cambio hay materias como Flupiradifurona (insecticida) y 2,6- Diclorobenzamida (fungicida) que se ha encontrado en los lixiviados analizados en 2024.

El objetivo principal del proyecto LIXAGRO fue desarrollar y demostrar un proceso integrado de transformación de lixiviados procedentes del compostaje de residuos vegetales en un producto biofertilizante de uso en la agricultura, mediante el desarrollo de procesos basados tecnologías sencillas y robustas. 

En las primeras etapas del proyecto se identificaron y seleccionaron las cepas de microorganismos que mejor comportamiento tuvieron en relación a su capacidad de degradar moléculas complejas como las materias activas de pesticidas y su capacidad bioestimulante, especialmente aquellos implicados en la solubilización de fosfato y calcio, así como el grupo de microorganismos ligninolíticos. Estos fueron más abundantes en los lixiviados en comparación con los detectados en las muestras de compost.

Se seleccionaron 3 cepas de Pseudomonas spp. para ser aplicadas en ensayos de bioaumentación de compost y lixiviados. También se caracterizaron las distintas muestras de compost y lixiviados desde un punto de vista microbiológico y se llevó a cabo un estudio cuantitativo, cuyos resultados los podremos ver en otro artículo presentado en esta plataforma.

Para mejorar el proceso de compostaje se plantearon ensayos de bioaumentación mediante la inoculación de las bacterias en consorcio directamente sobre el material vegetal a compostar.

Se plantearon dos tipos de ensayos, un ensayo previo con 5 tratamientos de inoculación y otro ensayo semicomercial con una comparativa entre compostaje inoculado y sin inocular. 

2- Ensayo en pilas de compostaje

El ensayo se realizó en la Estación Experimental Cajamar 'Las Palmerillas' (El Ejido, Almería). Para ello, se prepararon 5 pilas de residuos vegetales procedentes de agricultura intensiva con un peso de 450 Kg y un volumen de 800 L.

Una vez recibido el material, procedente de la empresa SACh (Servicios Ambientales Las Chozas S.L.), se humedeció con agua el lixiviado estabilizado procedente de esta misma empresa, hasta alcanzar una humedad próxima al 60 %.

2.1- Inoculación de las pilas de compostaje con el consorcio bacteriano

Es necesario multiplicar los inóculos bacterianos en medios asépticos, en agitación y temperatura de crecimiento constante (27 ºC), para pasar este material a medios líquidos y humedecer con el mismo volumen cada pila de compostaje.

Se hicieron 5 pilas de compostaje con las siguientes características:

• C1-Control solo agua se añadió 5 L de agua.

• C2-Lixiviados maduros; 5 L de lixiviados maduros de SACh.

• C3-Bacterias; 4 L de agua y 1 L de solución con las 3 bacterias, cada una estaba a una densidad en el Litro de agua 10 ⁸UFC/ml.

• C4-Bacterias + Lixiviados maduros; 4 L de lixiviados maduros y 1 L de solución con las 3 bacterias, cada una estaba a una densidad en el Litro de agua 10 ⁸UFC/ml.

• C5-Bacterias + Lixiviados +2 materias activas; 3 L de agua y 1 L de solución con las 3 bacterias, cada una estaba a una densidad en el Litro de agua 10 ⁸UFC/ml y 1L con las dos materias activas, Frutiafol (Impact) y Propamocarb y Fosetil (Previcur), con dosis 10 veces inferiores a las recomendadas en los cultivos en invernadero.

El proceso de compostaje se inició rápidamente, empezó a subir la temperatura de cada pila de compostaje y a descomponerse el material vegetal por la actividad de los microorganismos aerobios, por lo que enseguida empezó a drenar. Los propios lixiviados de cada pila se utilizaron para humedecerla propia realizando una recirculación de los lixiviados en cada pila.

Con estas pruebas se quería evaluar si las bacterias aisladas e inoculadas en el material vegetal del proceso de compostaje son capaces de crecer tanto en el material vegetal en descomposición como en el propio lixiviado, si su acción degrada las materias activas de fitosanitarios que contienen los restos vegetales y si son capaces de degradar las materias activas seleccionadas.

Se recogieron muestras tanto del material vegetal o compost, como de los lixiviados generados y se analizó propiedades físicoquímicas, microbiológicas y materias activas de fitosanitarios.

Se tomaron muestras 4 momentos del compostaje, inicio, fase termófila, mesófila y maduración del compost.

En este artículo solo vamos a mostrar los resultados del contenido de materias activas de fitosanitarios encontrados en los compost y lixiviados tratados, en un segundo artículo se mostrarán los resultados de la caracterización físicoquímica y microbiológica de los compost y lixiviados.

2.2- Contenido en materias activas de los compost y lixiviados

En el material vegetal fresco que se compostó, se encontraron entre 9 (en el tratamiento T3) y 14 (en T5) materias activas de fitosanitarios, incluyendo en T5 las sustancias añadidas, como Frutiafol (33 mg/Kg) y Propamocarb (722 mg/Kg) (Figura 5A).

A lo largo del proceso de compostaje, algunas materias activas que no estaban presentes al inicio se detectaron al final, como 2,6 Diclobenzamida, Abamectina, Deltrametrin, Azoxistrobina, e incluso en los tratamientos T1, T2, T3 y T4 se encontró Frutiafol en el compost final. La única sustancia que desapareció fue Fenhexamida.

En total, el número de materias activas de pesticidas encontradas en el compost final fue: 18 en T2, T3 y T4; 19 en T1; y 20 en T5.

En general, las materias activas tienden a concentrarse en el material vegetal. Las que tuvieron mayor concentración fueron Acetamiprid, Clorantraniliprol, Spinetoram, Spinosad y Tebuconazol, mientras que las demás sustancias estaban en niveles inferiores a 1 mg/Kg.

En el tratamiento T5, además, se encontró Frutiafol en una concentración similar a la inicial (33-35 mg/Kg), lo que indica que no se degradó durante el proceso de compostaje ni por las bacterias inoculadas.

En términos generales, la aplicación de las bacterias no mostró una reducción significativa en la concentración de materias activas en el compost sólido; en algunos casos, estas sustancias incluso aumentaron.

Lo que sí se observó fue que el proceso de compostaje se aceleró con la inoculación de bacterias, logrando una mayor velocidad de degradación del material vegetal, especialmente en los tratamientos T3 y T4 en comparación con el control T1 (Figura 5B).

En particular, Propamocarb, que en general tenía niveles bajos en el compost final en todos los tratamientos, mostró una mayor degradación en presencia de las bacterias, lo que sugiere que el proceso de compostaje y las bacterias ayudaron a reducir esta sustancia más rápidamente.

Por último, en la Figura 5B se puede ver que algunas materias activas como Ciantraniliprol, Propamocarb, Spinetoram y Spinosad estaban en menores cantidades en las pilas donde se aplicaron bacterias o lixiviados maduros, en comparación con el control. Sin embargo, otras sustancias como Acetamiprid, Clorantraniliprol y Tebuconazol tuvieron concentraciones similares o incluso mayores en estos tratamientos.

Figura 5. Contenido de materias activas encontradas en el compost en cada pila de compostaje en al inicio y final del proceso de compostaje. La concentración de Propamocarb en el tratamiento T5 en el material vegetal al inicio fue 722 mg/Kg, aunque la gráfica solo llega a 60 mg/kg.

Las cantidades y concentraciones de materias activas de fitosanitarios en los lixiviados generados fueron bastante inferiores a las detectados en el compost. Se detectaron 7 materias activas, la de mayor concentración en todos los tratamientos fueron Propamocarb; Acetramiprid, Ciantraniliprol y Clorantraniliprole, en este orden. En el caso del tratamiento T5 también se encontró Frutiafol porque se añadió en el compostaje. 

Las concentraciones del resto de las materias activas de fitosanitrios fueron inferiores a 0,1 mg/L (Figura 6A). Se observó que al finalizar el proceso de compostaje hay materias activas que desaparecieron en los lixiviados en todos los tratamientos como Spinetoram, Spinosab, Ciantraniliprol y Ciazodamida. 

El resto de las materias activas Propamocarb; Acetramiprid y Clorantraniliprole disminuyeron considerablemente su concentración cuando se aplicaba las bacterias, de modo que aumentó la velocidad de degradación de estas materias activas, sobre todo en el tratamiento T3, donde solo se aplicó las tres bacterias en consorcio. Porpamocarb disminuyó significativamente respecto al resto de tratamientos con un valor de 0,74 mg/Kg, frente a la concentración del tratamiento control que fue de 16 mg/Kg (Figura 6B).

Figura 6. Valores del contenido de materias activas encontradas en los lixiviados de cada pila de compostaje al inicio y después de 75.

2.3- Efectos de la aireación de los lixiviados

La aireación de los lixiviados implica la introducción de oxígeno, es un método que se ha visto que ha sido efectivo para el tratamiento de aguas residuales. Este proceso fomenta el crecimiento de bacterias aeróbicas que descomponen la materia orgánica presente en el lixiviado y por consecuencia se reducirá la carga contaminante. 

Además, la aireación ayuda a eliminar componentes no deseados como el amoniaco a través del proceso de stripping o arrastre por aire. La aireación puede facilitar la biodegradación de compuestos orgánicos recalcitrantes, haciéndolos más susceptibles a tratamientos posteriores

Este proceso contribuye a una mayor estabilidad del lixiviado, reduciendo la producción de gases como metano y sulfuro de hidrógeno, que son responsables de los malos olores. De hecho, los malos olores en los lixiviados disminuyeron notablemente en los primeros días tras comenzar la aireación. La oxidación de compuestos orgánicos y la eliminación de sustancias responsables del olor desagradable se notaron a partir del tercer día.

Al inicio del proceso, en los lixiviados de los tratamientos T1, T2, T3 y T4, se detectaron seis materias activas: Acetamiprid, Ciantraniliprol, Clorantraniliprol, Propamocarb, Spinetoram y Spinosad. Los compuestos Spinetoram y Spinosad desaparecieron a los tres días de aireación en todos los tratamientos. Los niveles de Ciantraniliprol, Clorantraniliprol y Propamocarb también disminuyeron durante el proceso. En particular, Propamocarb, que tenía la mayor concentración inicial (58,35 mg/L en el tratamiento T5), fue reduciéndose con el tiempo y desapareció al final del proceso en todos los tratamientos.

En los lixiviados del tratamiento T5, se encontraron las mismas materias activas, con Propamocarb en mayor concentración y la presencia de Frutiafol. Sin embargo, al finalizar la aireación, tampoco se detectó Propamocarb. Además, se detectó 2,6-Diclorobenzamida, que desapareció a los tres días de aplicar la aireación.

Por otro lado, las concentraciones de Acetamiprid y Frutiafol permanecieron estables, sin mostrar signos de degradación durante el proceso.

Figura 7. Valores del contenido de materias activas encontradas en los lixiviados al inicio y final del proceso de aireación de aireación constante de los lixiviados generados.

3.- Prueba en compostaje semiindustrial

En Servicios Ambientales Las Chozas (SACh) se llevó a cabo una reproducción del proceso de compostaje a escala prototipo con las estrategias combinadas de bioamentación de las 3 bacterias en consorcio y aireación en los lixiviados. Se comparó un proceso convencional (T1-Control) de compostaje frente a un proceso de bioaumentación con el consorcio de microorganismos aislados en el proyecto LIXAGRO y, posteriormente, reproducidos con medios bacterianos y aireación de los lixiviados generados (T2-Inoculado).

Se construyeron dos líneas de proceso formadas por una cuba de 30 m³ tipo camión multilift estanca con una salida en la parte baja para la salida de los lixiviados y almacenados en dos cubas de 1.000 litros provistas de una bomba sumergible con boya para recircular el líquido por una tubería de retorno hasta la cuba (Figura 8).

Los restos vegetales se trituraron en las mismas proporciones de las descargas anuales que recibe la planta (residuos vegetales de pimiento, tomate, berenjena, pepino y calabacín, y fruto de destrío), con este material se llenó cada una de las pilas con la salvedad de que a la medida que se iba descargando en una de ellas, se iba aplicando una disolución con el consorcio microbiano (C2).

Una vez depositado el material a compostar, en cada cuba se recogieron los lixiviados generados de cada una de ellas de forma independiente. En cada deposito donde se almacenaban los lixiviados se aplicó aire constante, el caudal no se pudo precisar por no tener caudalímetro, pero el caudal fue lo suficiente para agitar los lixiviados lo más uniformemente posible sin la aparición de espuma en la superficie. Se tomaron muestras en cada volteo del material vegetal.

Al inicio del estudio, se detectaron 26 materias activas en el material vegetal del tratamiento T1-Control y 23 en el T2-Inoculado. En general, las concentraciones en ambos tratamientos fueron similares, siendo menores a 1 mg/Kg en la mayoría de los casos. Sin embargo, se observaron valores superiores a 1 mg/Kg en el T1-Control para el Acetamiprid (1,2 mg/Kg), Difenozonazol (1 mg/Kg) y Fludioxonilo (3,6 mg/Kg). Estas concentraciones fueron mayores que las detectadas en el T2-Inoculado, que fueron de 0,58 mg/Kg, 0,64 mg/Kg y 1,8 mg/Kg, respectivamente (ver Figura 9C y D).

Durante el proceso de compostaje, el número de materias activas disminuyó. Al final, quedaron 12 en el compost T1-Control y 11 en el T2-Inoculado, con concentraciones generalmente por debajo de 1 mg/Kg. La excepción fue el Fludioxonilo, que aumentó en el T2-Inoculado a 5,7 mg/Kg, mientras que en el control alcanzó 1,7 mg/Kg. En general, las concentraciones de las materias activas en el T2-Inoculado fueron menores que en el control (ver Figura 9C y D).

En cuanto a los lixiviados, inicialmente se encontró un mayor número de materias activas en los del tratamiento T2-Inoculado, con concentraciones inferiores a 0,5 mg/L, salvo en el Propamocarb, que fue de 0,57 mg/L en ese mismo tratamiento (ver Figura 9B). Durante el compostaje, estas materias activas se degradaron a medida que disminuían sus concentraciones. 

Al finalizar, solo quedaron 5 materias activas en ambos tratamientos, todas con concentraciones por debajo de 1 mg/L. En particular, en el T2-Inoculado, las concentraciones de las materias activas fueron inferiores a 0,4 mg/L (ver Figura 9B).

En resumen, las materias activas de pesticidas se degradan durante el proceso de compostaje y con la aireación constante, lo que elimina gran parte de ellas. La degradación fue más rápida en el tratamiento T2-Inoculado, logrando valores muy bajos, inferiores a 0,4 mg/L.

Figura 9. Valores del contenido de materias activas encontradas en los compost y lixiviados para dos tratamientos de compostaje.

Conclusiones

Cuando utilizamos bacterias en el compost, es recomendable agregarlas desde el principio junto con el material vegetal. Esto ayuda a que el compost se caliente más rápido, alcanzando temperaturas elevadas que aceleran el proceso de descomposición.

Airear los lixiviados que se generan durante el compostaje también es muy beneficioso. Esto ayuda a reducir los malos olores y a mejorar la calidad del lixiviado. Además, la aireación facilita la biodegradación de compuestos orgánicos más resistentes, haciéndolos más fáciles de tratar después. Por lo general, los malos olores en los lixiviados disminuyen en pocos días tras comenzar la aireación.

Es importante saber que los lixiviados contienen menos materias activas de fitosanitarios en comparación con el compost final.

Por último, cuando se usan bacterias como estrategia de bioaumentación en el compostaje, estas ayudan a descomponer más rápidamente las materias activas de fitosanitarios. Por ejemplo, sustancias como Propamocarb disminuyen notablemente cuando se inoculan bacterias en el material vegetal a compostar, lo que indica que estas bacterias contribuyen a eliminar o reducir esas sustancias químicas

Bibliografía

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Agradecimiento

El proyecto ha sido financiado por un Proyecto Operativo de la Asociación Europea de Innovación (AEI) en materia de productividad y sostenibilidad agrícolas, titulado 'Bioeconomía circular de los restos de cultivo para su reutilización en agricultura (GO-LIXAGRO, GOPG-AL-23-0005)', liderado por COEXPHAL en colaboración con la Fundación Grupo Cajamar, la Universidad de Almería y Servicios Ambientales Las Chozas (SACH).