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Papel de las lombrices de tierra en la degradación del bagazo de uva: efectos sobre las características químicas y la microflora en las primeras etapas del proceso.

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Abstract

La industria vitivinícola, de gran importancia en varias regiones de España, genera una gran cantidad de residuos originados en las distintas etapas de la fabricación del vino. De las diversas alternativas para su tratamiento, el vermicompostaje constituye un proceso adecuado de estabilización de estos residuos, eliminando su contaminación potencial y permitiendo obtener un producto estable e inocuo con grandes posibilidades de utilización en la agricultura. En este trabajo estudiamos los cambios químicos, bioquímicos y microbiológicos que se producen a corto plazo en la degradación del bagazo de uva, un residuo orgánico cuya acumulación y gestión constituye un importante problema ambiental. Tras quince días de procesado por las lombrices, se observó una reducción significativa en la biomasa fúngica medida como el contenido de ergosterol, así como una disminución de la actividad microbiana y de las actividades enzimáticas celulasa y proteasa. La rapidez con que ocurrieron estas transformaciones hacen del proceso de vermicompostaje un buen sistema para estudiar el papel de las lombrices de tierra y su microflora asociada en la primeras etapas de la degradación del bagazo de uva; y proporcionan un importante avance de la posible aplicación del vermicompostaje como una alternativa para el tratamiento de residuos orgánicos derivados de la industria vitivinícola.
Acta Zoológica Mexicana (n.s.) Número Especial 2 (2010)
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PAPEL DE LAS LOMBRICES DE TIERRA EN LA
DEGRADACIÓN DEL BAGAZO DE UVA: EFECTOS SOBRE
LAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Y LA MICROFLORA
EN LAS PRIMERAS ETAPAS DEL PROCESO
María Gómez-Brandón,1 Cristina Lazcano,1 Marta Lores2 & Jorge
domínGuez1
1Departamento de Ecología y Biología Animal. Universidad de Vigo. Vigo E-36310, España. E-mail:
mariagomez@uvigo.es, cristina@uvigo.es, jdguez@uvigo.es
2Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología, Facultad de Química. Avda. de las
Ciencias s/n, Campus Sur E-15782, Santiago de Compostela, España. E-mail: qnmlores@usc.es,
Gómez-Brandón, M., C. Lazcano, M. Lores & J. Domínguez. 2010. Papel de las lombrices de tierra
en la degradación del bagazo de uva: efectos sobre las características químicas y la microflora en las
primeras etapas del proceso. Acta Zoológica Mexicana (n.s.), Número Especial 2: 397-408.
RESUMEN. La industria vitivinícola, de gran importancia en varias regiones de España, genera una
gran cantidad de residuos originados en las distintas etapas de la fabricación del vino. De las diversas
alternativas para su tratamiento, el vermicompostaje constituye un proceso adecuado de estabilización
de estos residuos, eliminando su contaminación potencial y permitiendo obtener un producto estable e
inocuo con grandes posibilidades de utilización en la agricultura. En este trabajo estudiamos los cambios
químicos, bioquímicos y microbiológicos que se producen a corto plazo en la degradación del bagazo
de uva, un residuo orgánico cuya acumulación y gestión constituye un importante problema ambiental.
Tras quince días de procesado por las lombrices, se observó una reducción significativa en la biomasa
fúngica medida como el contenido de ergosterol, así como una disminución de la actividad microbiana y
de las actividades enzimáticas celulasa y proteasa. La rapidez con que ocurrieron estas transformaciones
hacen del proceso de vermicompostaje un buen sistema para estudiar el papel de las lombrices de tierra
y su microflora asociada en la primeras etapas de la degradación del bagazo de uva; y proporcionan un
importante avance de la posible aplicación del vermicompostaje como una alternativa para el tratamien-
to de residuos orgánicos derivados de la industria vitivinícola.
Palabras clave: Vermicompostaje, bagazo de uva, respiración basal, ergosterol, actividades enzimá-
ticas.
Gómez-Brandón, M., C. Lazcano, M. Lores & J. Domínguez. 2010. Role of earthworms in the
degradation of grape marc: effects on chemical characteristics and microflora in the first steps of the
process. Acta Zoológica Mexicana (n.s.), Número Especial 2: 397-408.
ABSTRACT. The wine industry, of particular importance in various regions of Spain, generates vast
amounts of organic waste during the different stages of wine production. Among the possible method-
ological alternatives available for its treatment, vermicomposting is one of the best-known processes for
ISSN 0065-1737 Acta Zoológica Mexicana (n.s.) Número Especial 2: 397-408 (2010)
Recibido: 16/05/2008; aceptado: 08/01.2010.
Gómez-Brandón et al.: Papel de las lombrices de tierra en la degradación del bagazo de uva
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the biological stabilization of solid organic wastes by transforming them into safer and more stabilized
materials suitable for application to soil. In this study we analyzed the chemical, biochemical and mi-
crobiological changes that occur in the first stages of the degradation of grape marc, an organic residue
whose accumulation and management constitute an important environmental problem. After fifteen days
of vermicomposting, a significant reduction in the fungal biomass measured as the ergosterol content
was observed, as well as a reduction in microbial activity and cellulase and protease activities. The speed
at which these transformations occurred makes vermicomposting a good system for studying the role
of earthworms and their associated microflora in the first stages of grape marc degradation, providing
important advances in the possible application of vermicomposting as an alternative for the treatment of
organic residues derived from the wine industry.
Keywords: Vermicomposting, grape marc, basal respiration, ergosterol, enzymatic activities.
INTRODUCCIÓN
El bagazo es un residuo orgánico derivado de la industria vitivinícola formado por los
restos sólidos que quedan después de la extracción del mosto de los racimos de uvas.
En España se producen más de 750.000 toneladas al año de bagazo (Fernández-Bayo
et al. 2007) y su acumulación y gestión constituye un importante problema ambiental.
Una solución para la reutilización de este subproducto rico en polisacáridos es su em-
pleo como enmienda orgánica, ya que es rico en nutrientes, principalmente nitrógeno
y potasio, esenciales para el crecimiento de las plantas y el desarrollo de los cultivos
(Bertran et al. 2004). Sin embargo, su utilización directa e indiscriminada es proble-
mática, ya que puede liberar un exceso de taninos y fenoles en el suelo que pueden
inhibir el crecimiento de las raíces (Inbar et al. 1991).
El compostaje y el vermicompostaje son dos alternativas metodológicas muy efi-
cientes para el tratamiento de residuos orgánicos sólidos y pueden eliminar el riesgo
contaminante de los residuos y convertirlos en biofertilizantes y bioplaguicidas con
grandes posibilidades de utilización en la agricultura (Domínguez et al., este nú-
mero). Mientras que el compostaje ha sido empleado con éxito en el tratamiento de
residuos de la industria vitivinícola (Inbar et al. 1992, Ferrer et al. 2001, Diaz et al.
2002, Bertran et al. 2004, Flavel et al. 2005), existen pocos estudios de la posible
aplicación del vermicompostaje para el reciclaje de los mismos (Nogales et al. 2005,
Romero et al. 2007).
El vermicompostaje es un proceso de bio-oxidación, degradación y estabilización
de la materia orgánica desarrollado por la acción conjunta y sinérgica de las lombri-
ces de tierra y los microorganismos. Durante este proceso los sustratos orgánicos se
transforman a través de dos fases, una inicial, denominada fase activa, en la que las
lombrices fragmentan y acondicionan el sustrato incrementando el área expuesta a la
actividad microbiana, y alterando su actividad biológica de forma importante; las lom-
brices son, por tanto, agentes cruciales del proceso al actuar como facilitadores clave
de las transformaciones de la materia orgánica con efectos directos sobre la tasa de
descomposición y la calidad de los productos finales. La segunda fase es una etapa de
Acta Zoológica Mexicana (n.s.) Número Especial 2 (2010)
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maduración, caracterizada por el desplazamiento de las lombrices hacia capas nuevas
con residuo fresco y por la actuación de poblaciones microbianas más especializadas,
responsables de la degradación de polímeros complejos como la lignina. La duración
de esta etapa depende de la complejidad del material de partida y de la eficacia con la
que se haya desarrollado la fase activa del proceso (Domínguez 2004).
El vermicompost, que es el producto final del vermicompostaje, tiene valor co-
mo enmienda orgánica del suelo: es un material estabilizado, homogéneo, rico en
nutrientes y de granulometría fina, con una baja relación C/N, una porosidad alta y
una elevada capacidad de retención de agua. La adición de vermicompost al suelo
aumenta su porosidad y la retención de humedad e incrementa la disponibilidad de
nutrientes para las plantas (Domínguez et al., este número). Además, equilibra la
microflora y la microfauna del suelo, inhibiendo o reduciendo las ventajas de deter-
minados patógenos oportunistas (Domínguez et al., este número).
El conocimiento del proceso de vermicompostaje y de los mecanismos biológicos
que lo rigen es fundamental para su desarrollo no sólo como alternativa metodológi-
ca para el tratamiento de residuos orgánicos sino también para obtener un producto
con características fertilizantes y plaguicidas, medioambientalmente adecuado y de
alta calidad como enmienda orgánica. El objetivo de este trabajo fue conocer qué
tipos de cambios químicos, bioquímicos y microbiológicos se producen durante la
fase activa del proceso de vermicompostaje del bagazo de uva, y así ampliar nuestro
conocimiento del papel que desempeñan las lombrices de tierra en el proceso de des-
composición de la materia orgánica.
MATERIAL Y MÉTODOS
El bagazo de uva se recogió en una destilería de la provincia de Pontevedra (Galicia,
España) y se almacenó a 5 ºC en una cámara fría hasta el momento de su utilización.
Se trata de un sustrato rico en polisacáridos y por lo tanto, se esperaba una respuesta
rápida de las lombrices de tierra y de los microorganismos al tener a su disposición
una gran cantidad de compuestos carbonados de fácil asimilación.
Diseño experimental
El bagazo, previamente aireado y humedecido, se sometió a un proceso de vermicom-
postaje con la especie de lombriz de tierra Eisenia andrei. Se emplearon recipientes
plásticos de 24 cm de longitud, 12 cm de altura y 11 cm de lado que se llenaron hasta
¾ partes de su capacidad con una cama de vermicompost maduro para asegurar la
supervivencia de las lombrices (n = 5). Se introdujeron individuos juveniles y adultos
(250 g por recipiente); sobre la superficie del sustrato se dispuso una red de plástico
con 5 mm de luz de malla sobre la que se depositó el bagazo (1 kg por recipiente).
Los recipientes se mantuvieron en una cámara de cultivo a 25 ± 2 ºC durante 15 días.
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400
Transcurrido este tiempo se retiraron las lombrices de los mesocosmos, y se procedió
a la toma de muestras; la biomasa de lombrices al cabo de los 15 días no varió con
respecto a la inicial. El tiempo de incubación depende de la especie de lombriz elegi-
da para el vermicompostaje, y de la densidad de lombrices presentes en el residuo. E.
andrei es una especie epigea con una tasa alta de consumo, digestión y asimilación
de la materia orgánica; por tanto, fueron suficientes quince días para que esta especie
procesase el bagazo completamente.
Se incluyó también un control que consistió en la disposición del bagazo en reci-
pientes plásticos de igual dimensión a los empleados para el vermicompostaje (n = 5),
y en la incubación de estos recipientes en la cámara de cultivo (25 ± 2 ºC) durante 15
días. Al cabo de este tiempo se procedió a la toma de muestras.
Todos los sustratos (bagazo inicial, control y vermicompost) se tamizaron (5 mm)
para la eliminación de las semillas de las uvas y los rabos de los racimos.
Análisis químicos, bioquímicos y microbiológicos de las muestras
La humedad se determinó mediante el método gravimétrico por pérdida de peso a 105
ºC durante 24 horas; y el contenido de materia orgánica por ignición tras la calcina-
ción de la muestra seca a 550 ± 50 ºC durante 4 horas en un horno-mufla. El pH y la
conductividad eléctrica se midieron en extractos de agua destilada en proporción 1:10
(peso fresco:volumen). La concentración de C y N total se determinó en muestra seca
con un analizador elemental Carlo Erba 1500 C/N. El N inorgánico (NH4+ y NO3-) se
midió en extractos de KCl 2 N por valoración ácido-base con HCl 0,01 N utilizando
un destilador Büchi. El análisis de fibras (celulosa, hemicelulosa y lignina) se realizó
según el método fibra detergente propuesto por Goering & Van Soest (1970).
El C de la biomasa microbiana se midió en extractos de K2SO4 0,5 M en propor-
ción 1:50 (peso fresco:volumen) según el método de fumigación-extracción (Vance
et al. 1987). La actividad microbiana se cuantificó midiendo la tasa de producción de
CO2 después de 6 de incubación a temperatura ambiente con trampas de NaOH (Aira
et al. 2007a).
El ergosterol es uno de los principales esteroles presentes en la membrana de los
hongos Ascomicetos, Basidiomicetos y hongos imperfectos y se utiliza como biomar-
cador fúngico (Frostegård & Bååth 1996). La extracción del ergosterol se realizó con
microondas (Young 1995) y su concentración se determinó mediante HPLC (Aira et
al. 2007a).
El sistema enzimático celulasa cataliza la hidrólisis de la celulosa a D-glucosa
mediante una secuencia de reacciones, y consiste en al menos tres enzimas: endo-ß-
1,4-glucanasas, exo-ß-1,4-glucanasas y ß-glucosidasas. El método utilizado para el
análisis de este sistema enzimático se basa en la determinación de los azúcares redu-
cidos, liberados después de incubar la muestra 24 horas a 50 ºC con una solución de
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la sal sódica de la carboximetil celulosa (Schinner & Von Mersi 1990).
El enzima proteasa cataliza la hidrólisis de compuestos nitrogenados (proteínas
y péptidos) a nitrógeno amoniacal. El método utilizado para el análisis de este enzi-
ma se basa en la determinación de los aminoácidos liberados después de incubar la
muestra 2 horas a 50 ºC con caseinato sódico, empleando el reactivo Folin- Ciocalteu
(Ladd & Butler 1972).
Análisis estadístico
Se aplicó un análisis de varianza univariante (ANOVA), y un test a posteriori HSD
de Tukey (Tukey Honestly Significant Difference) utilizando el paquete estadístico
SPSS versión 11.5. Todas las variables cumplieron los criterios de normalidad y ho-
mocedasticidad necesarios para la realización de estos análisis.
RESULTADOS
En nuestro estudio, el bagazo de uva inicial presentó 70% de humedad; tras 15 días
de incubación no se observó un cambio significativo en este parámetro (Cuadro I). El
contenido de materia de orgánica del bagazo de uva fue de 93%, y su valor se redujo
ligeramente (pero no de forma significativa, tras 15 días de incubación (Cuadro I).
Cuadro I. Propiedades químicas (media ± error estándar, n = 5) del bagazo de uva inicial, y de los
sustratos obtenidos tras 15 días de incubación en ausencia de lombrices (control) y en presencia de
Eisenia andrei (vermicompost). Las diferencias significativas entre los valores obtenidos para los
distintos sustratos (inicial, control y vermicompost) se representan con diferentes letras (p < 0,05, test
HSD de Tukey).
Parámetros químicos Bagazo inicial Control Vermicompost ANOVA
F P
Humedad (%) 70 ± 1a 73 ± 1a 75 ± 1a 0.440 0.654
Materia orgánica (%) 93 ± 1a 90 ± 1a 85 ± 1a 2.206 0.153
Conductividad eléctrica (mS cm-1) 0.28 ± 0.01a 0.26 ± 0.01a 0.27 ± 0.01a 0.339 0.719
pH 7.77 ± 0.01b 7.77 ± 0.03b 8.12 ± 0.09a 14.083 0.001
Total C (g kg-1) 503 ± 2a 486 ± 3a 459 ± 6b 13.624 0.001
Total N (g kg-1) 35 ± 3b 47 ± 1a 47 ± 2a 6.084 0.015
Relación C/N 14.4 ± 1.44a 10.3 ± 0.24b 9.8 ± 0.46b 5.831 0.017
NH4
+ (mg kg-1 peso seco) 170 ± 13ab 127 ± 12b 193 ± 21a 6.787 0.011
NO3
- (mg kg-1 peso seco) 78 ± 6a 80 ± 6a 80 ± 4a 1.329 0.301
Celulosa (g kg-1) 175 ± 4a 169 ± 4ab 148 ± 5b 8.847 0.004
Hemicelulosa (g kg-1) 69 ± 5a 51 ± 8ab 40 ± 6b 7.447 0.008
Lignina (g kg-1) 517 ± 3a 531 ± 14a 543 ± 8a 3.985 0.067
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La conductividad eléctrica del bagazo inicial fue 0,28 mS cm-1, y no se observó
un cambio significativo en este parámetro tras 15 días de incubación (Cuadro I). El
pH del bagazo inicial fue 7.77 y varió de forma significativa tras 15 días de incuba-
ción (Cuadro I). El vermicompostaje aumentó significativamente el pH del bagazo
(hasta 8,12) (Cuadro I).
El contenido de C total del bagazo inicial fue 503 g kg-1, y varió de forma signi-
ficativa tras 15 días de incubación, con menor valor (459 g kg-1) tras el vermicom-
postaje (Cuadro I). El bagazo inicial presentó un contenido de N total de 35 g kg-1 y
al igual que el C total, su concentración varió de forma significativa tras 15 días de
incubación (Cuadro I). Sin embargo, contrario a lo esperado, el contenido de N total
fue significativamente mayor en el sustrato control y el vermicompost (47 g kg-1). La
relación C/N del bagazo inicial fue 14.4, y tras 15 días de incubación se observó un
cambio significativo en esta relación (Cuadro I), siendo por debajo de 11 tanto en el
sustrato control como en el vermicompost.
El contenido de nitrógeno amoniacal del bagazo inicial fue 170 mg kg-1 peso
seco, y varió de forma significativa tras 15 días de incubación (Cuadro I). La concen-
tración de NH4+ del bagazo se redujo hasta 127 mg kg-1 peso seco en el sustrato con-
trol debido muy probablemente a las pérdidas de N por volatilización, aunque estas
diferencias no fueron significativas (Cuadro I); tras el vermicompostaje se detectó,
sin embargo, una concentración significativamente mayor (193 mg kg-1) (Cuadro I).
El contenido de nitratos del bagazo inicial fue 78 mg kg-1 peso seco, y no se observó
un cambio significativo en este parámetro tras 15 días de incubación (Cuadro I).
El contenido de celulosa y hemicelulosa del bagazo inicial fue 175 y 69 g kg-1,
respectivamente; su concentración varió de forma significativa tras 15 días de incuba-
ción (Cuadro I), registrándose los valores más bajos en el vermicompost. En cuanto al
contenido de lignina, el bagazo inicial presentó un valor de 517 g kg-1, y tras 15 días de
incubación no se registraron cambios significativos en su concentración (Cuadro I).
El carbono de la biomasa microbiana del bagazo inicial fue 38490 mg kg-1 peso
seco; tras 15 días de incubación se observó un cambió significativo en su concentra-
ción (Fig. 1A, ANOVA F2,12 = 7.736; P = 0.047), registrándose valores más elevados
en el sustrato control y el vermicompost (57,264 y 49,338 mg kg-1, respectivamente)
aunque sólo se encontraron diferencias significativas entre el bagazo inicial y el sus-
trato control (Fig. 1A). La biomasa fúngica medida como el contenido de ergosterol
fue 33 mg kg-1 materia orgánica en el bagazo inicial, y tras 15 días de incubación
su concentración varió de forma significativa (Fig. 1B, ANOVA F2,12 = 46,648; P =
0.001), disminuyendo significativamente (hasta 6 mg kg-1) tras el vermicompostaje
(Fig. 1B).
La actividad microbiana medida como respiración basal fue 6326 mg CO2 kg-1
materia orgánica en el bagazo inicial. Tras 15 días de incubación se observó un cam-
bio significativo en este parámetro (Fig. 2, ANOVA F2,12 = 110,672; P = 0.001); la
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actividad microbiana del bagazo se redujo considerablemente en el sustrato control
(4842 mg CO2 kg-1), aunque ésta fue mucho más baja tras el vermicompostaje (2795
mg CO2 kg-1).
La actividad celulasa del bagazo inicial fue 8220 mg eq glucosa g-1 peso seco,
y varió de forma significativa tras 15 días de incubación (Fig. 3, ANOVA F2,12 =
10,158; P = 0,003). La actividad de este enzima aumentó ligeramente en el sustrato
control y alcanzó un valor de 8550 mg eq glucosa g-1 peso seco; tras el vermicom-
postaje se detectó, sin embargo, una actividad mucho menor (5850 mg eq glucosa
g-1), de forma que el vermicompost fue significativamente diferente en cuanto a su
actividad celulasa del bagazo inicial y del sustrato control (Fig. 3). El bagazo inicial
presentó una actividad proteasa de 8108 mg tirosina kg-1 peso seco. Tras 15 días de
incubación se observaron los mismos fenómenos observados para a actividad de la
Figura 1. Valores (media ± error estándar, n = 5) del C-biomasa microbiana (A) y del contenido de
ergosterol (B) del bagazo de uva inicial, y de los sustratos obtenidos tras 15 días de incubación en
ausencia de lombrices (control) y en presencia de Eisenia andrei (vermicompost). Las diferencias
significativas entre los valores obtenidos para los distintos sustratos (inicial, control y vermicompost)
se representan con diferentes letras (P < 0.05, test HSD de Tukey).
Gómez-Brandón et al.: Papel de las lombrices de tierra en la degradación del bagazo de uva
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celulasa, con valores significativamente menores tras el vermicompostaje y sin dife-
rencias significativas entre el bagazo inicial y el sustrato control (Fig. 3).
DISCUSIÓN
El contenido de humedad del sustrato es uno de los factores limitantes para el de-
sarrollo de las lombrices de tierra durante el proceso de vermicompostaje (Edwards
& Bohlen 1996). Los óptimos de humedad para el crecimiento y desarrollo de la
lombriz E. andrei están entre el 80 y el 90% (Domínguez & Edwards 1997), valores
Figura 2. Valores (media ± error estándar, n = 5) de la actividad microbiana medida como respiración
basal del bagazo de uva inicial, y de los sustratos obtenidos tras 15 días de incubación en ausencia de
lombrices (control) y en presencia de Eisenia andrei (vermicompost). Las diferencias significativas
entre los valores obtenidos para los distintos sustratos (inicial, control y vermicompost) se representan
con diferentes letras (P < 0.05, test HSD de Tukey).
Figura 3. Valores (media ± error estándar, n = 5) de las actividades enzimáticas celulasa y proteasa del
bagazo de uva inicial, y de los sustratos obtenidos tras 15 días de incubación en ausencia de lombrices
(control) y en presencia de Eisenia andrei (vermicompost). Las diferencias significativas entre los
valores obtenidos para los distintos sustratos (inicial, control y vermicompost) se representan con
diferentes letras (P < 0.05, test HSD de Tukey).
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ligeramente mayores que los encontrados en los sustratos del presente estudio. La
conductividad eléctrica es una medida de la concentración de sales en el medio y al
igual que la humedad se considera un factor limitante para la supervivencia de las
lombrices de tierra. Así, concentraciones elevadas de sales en los residuos pueden
tener efectos inhibitorios en el desarrollo y la reproducción de las lombrices, e in-
cluso pueden causar su muerte. Con respecto a E. andrei, valores de conductividad
superiores a 8 dS m-1 se consideran letales (Edwards 1988). En nuestro estudio los
valores de conductividad obtenidos en el vermicompost no superaron este límite. El
mayor valor de pH encontrado en el vermicompost podría explicarse por la aparición,
como consecuencia de la acción de las lombrices, de una microflora metabólicamente
más activa, en el residuo que, a lo largo de los 15 días, degradó compuestos orgánicos
lábiles como aminoácidos, resultando en la liberación de nitrógeno amoniacal, y por
tanto en la alcalinización del residuo.
Durante el proceso de vermicompostaje, una fracción de la materia orgánica con-
tenida en los residuos se mineraliza, por lo que los valores de carbono orgánico total,
y por tanto la relación C/N se reducen de forma notable. También se observó una
menor concentración de celulosa y hemicelulosa, pero en este caso las diferencias con
respecto al control no fueron significativas. Estos resultados afianzan la hipótesis de
que las lombrices de tierra aceleran la tasa de descomposición de la materia orgánica
durante el proceso de vermicompostaje, tal y como han señalado otros autores (Do-
mínguez et al. 2010). A diferencia del pool de carbono, se detectó un incremento en
el contenido de nitrógeno total en ambos tratamientos con y sin lombrices. Este incre-
mento podría deberse a un efecto de concentración del mismo como consecuencia de
la mineralización de la materia orgánica, que produce la pérdida de otros elementos
como el carbono en forma de CO2. La actividad de las lombrices epigeas también
aumentó la concentración de NH4+ en comparación con el control debido muy pro-
bablemente a que el NH4+ es uno de sus productos de excreción (Lee 1985). Se ha
demostrado que las lombrices favorecen la nitrificación, que resulta en la conversión
rápida del nitrógeno amoniacal en nitratos, aumentando la mineralización de nitróge-
no. En este sentido, Atiyeh et al. (2000) y Domínguez (2004) registraron un aumento
en la concentración de NO3- en un experimento de vermicompostaje con estiércol de
vaca y purín de cerdo, respectivamente. Sin embargo, en nuestro estudio quince días
de vermicompostaje no fueron suficientes para detectar un incremento en el conteni-
do de nitratos del bagazo, y por tanto, con respecto a este parámetro, sería necesario
haber estudiado las fases posteriores del proceso.
Dichos cambios en la composición química del residuo afectaron en gran medida
a la biomasa microbiana y su actividad. Así, tras quince días de procesado por las
lombrices epigeas, la biomasa fúngica disminuyó con respecto al control. Esto podría
ser debido al consumo de los hongos por las lombrices (Doube & Brown 1998) o a
una menor disponibilidad de compuestos carbonados tales como la celulosa tras el
Gómez-Brandón et al.: Papel de las lombrices de tierra en la degradación del bagazo de uva
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proceso de vermicompostaje. El incremento en la biomasa microbiana total al cabo
de los 15 días podría deberse a que la estimación de C por el método de fumigación-
extracción se considera una medida absoluta, es decir, no se trata de un método de
extracción selectivo a diferencia del análisis de los ácidos grasos unidos a fosfolí-
pidos que proporciona información sobre la biomasa viva y activa, o la respiración
inducida por sustrato que sólo hace referencia a la biomasa sensible a sustratos lábiles
como la glucosa.
Tras quince días de procesado por las lombrices epigeas la actividad microbiana
total del bagazo de uva se redujo en mayor medida que en el tratamiento control, tal
y como han señalado y encontrado otros autores previamente (Aira et al. 2002, 2006,
Aira & Domínguez 2009). También se detectó un descenso en la actividad de las dos
enzimas analizadas, mientras que en el tratamiento control no se observó tal reduc-
ción. Aira et al. (2006) también observaron una disminución de la actividad proteasa
de purín de cerdo en presencia de la lombriz epigea Eudrilus eugeniae, mientras
que no detectaron un cambio significativo en la actividad celulasa. Las actividades
enzimáticas han sido propuestas como índices de calidad del sustrato por el control
que ejercen en la dinámica de la materia orgánica y en la liberación de nutrientes
para el crecimiento vegetal y microbiano (Dick et al. 1996). En los últimos años, se
han utilizado diferentes actividades enzimáticas como biomarcadores del proceso de
vermicompostaje (Benítez et al. 2002, Benítez et al. 2005, Aira et al. 2007b) para
obtener información acerca de los cambios de los residuos orgánicos, así como del
funcionamiento del ciclo de nutrientes. A medida que avanza el proceso de vermi-
compostaje y, consecuentemente, la biodegradación de la materia orgánica por la
acción conjunta de las lombrices de tierra y los microorganismos, la mayor parte de
las actividades enzimáticas estudiadas tienden a disminuir debido a una menor dispo-
nibilidad de sustrato.
La actividad de la lombriz epigea E. andrei aceleró la descomposición del bagazo
de uva después de dos semanas de vermicompostaje. El menor contenido de C total
encontrado en el vermicompost, respecto al bagazo inicial y al sustrato control y la
reducción significativa en la concentración de celulosa y hemicelulosa tras el vermi-
compostaje evidencian el papel de las lombrices de tierra como facilitadores clave
de las transformaciones de la materia orgánica con efectos directos sobre la tasa de
descomposición del sustrato. La biomasa fúngica, la actividad microbiana, medida
como respiración basal, y las actividades enzimáticas celulasa y proteasa también
disminuyeron tras quince días de vermicompostaje con respecto al bagazo inicial y
al sustrato control. La rapidez con que ocurrieron estas transformaciones químicas,
bioquímicas y microbianas hacen del proceso de vermicompostaje un buen sistema
para estudiar el papel que desempeñan las lombrices de tierra en la descomposición la
materia orgánica a través de sus relaciones con los microorganismos, y proporcionan
un importante avance de la posible aplicación del vermicompostaje como alternati-
Acta Zoológica Mexicana (n.s.) Número Especial 2 (2010)
407
va metodológica para el tratamiento de residuos orgánicos derivados de la industria
vitivinícola.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido financiado por la Xunta de Galicia (proyectos 07MRU023383PR
y 09TAL012209PR) y el Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto CTM2009-
08477). María Gómez fue financiada por una beca del Ministerio de Educación. Cris-
tina Lazcano ha sido financiada mediante un contrato del programa Ángeles Alvariño
(Xunta de Galicia).
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... Por otra parte, debido a la aplicación de disposiciones rigurosas de uso de los residuos orgánicos, en los últimos años ha crecido el interés por utilizar las lombrices por ejemplo Eisenia fetida Sav., como un sistema ecológicamente seguro para manejar el estiércol, ya que diversos estudios han demostrado la capacidad de estos organismos de alimentarse de una amplia gama de residuos orgánicos, entre los que destacan: estiércoles, residuos de cultivos, desechos industriales, lodos de aguas negras y residuos sólidos municipales (Atiyeh et al. 2000a, Gómez-Brandón et al. 2010, De Gante-Cabrera 2013. ...
... Los procesos físicos o mecánicos incluyen: aireación, mezclado y molienda del sustrato. El proceso bioquímico se realiza por medio de la descomposición microbiana del sustrato en el intestino de las lombrices (Durán-Umaña y Henríquez-Henríquez 2007, Gómez-Brandón et al. 2010). Las lombrices fragmentan los residuos orgánicos, estimulando fuertemente la actividad microbiana e incrementando los índices de mineralización, y transforman estos residuos en un material con características muy similares a las del humus, comúnmente denominado vermicompost (VC), el cual posee una estructura más na que los compost, pero con una actividad microbiana más grande y más diversa (Atiyeh et al. 2002, Durán-Umaña y Henríquez-Henríquez 2007. ...
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The effect of vermicompost (VC) on the development of muskmelon in the greenhouse was determined using four types of VC mixed with river sand (RS) as substrates, at ratios of 25 : 75, 30 : 70, 35 : 65 and 40 : 60 (% by volume). The VC combinations were prepared with horse, goat, rabbit and bovine manure. The substrates were placed in 20 kg black polyethylene bags where Cantaloupe seeds were planted. The plants were trained to one stem using raffia thread, and were watered with a drip irrigation system. The bags, used as pots, were placed in a double line and a tresbolillo arrangement. A randomised block design with a 4 x 4 factorial scheme and four replicates was applied. Factor A was the VC : RS combinations and factor B was the different VCs. A variance analysis showed that with 40 % of VC, independently of the VC used, highly signicant diferences (P ≤ 0.01) were recorded for yield, fruit weight, equatorial and polar diameters, pulp thickness, cavity of the placenta and days to harvest, with 96.386 t ha-1, 1.688 kg fruit-1, 14.55 cm, 16.73 cm, 3.77 cm, 5.57 cm and 89 d respectively, notwithstanding the type of manure used in the VC combinations. The average content of soluble solids in the fruit was statistically the same at all levels and types of VC used.
... En este caso la conductividad eléctrica registró una disminución progresiva y se estabilizó en valores muy por debajo de 8 mS cm -1 , que es el límite de supervivencia para las lombrices (Edwards 1988). A lo largo del vermicompostaje, una fracción de la materia orgánica contenida en el bagazo se mineraliza (Hartestein & Hartestein 1981;Mitchell et al. 1982;Gómez-Brandón et al. 2010), de esta manera, descienden las concentraciones de materia orgánica y carbono total, y por lo tanto la relación C/N, cuyo valor en este experimento es próximo al óptimo para considerar un buen grado de madurez, en torno a un valor de 12 (Jiménez & García 1989). Estos valores son comparables a los observados en un experimento previo con bagazo ) donde se registra la misma tendencia tras la fase activa del vermicompostaje. ...
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El bagazo de uva es un residuo vitivinícola generado en grandes cantidades en regiones como Galicia (España). Posee unas concentraciones polifenólicas elevadas que inhiben el crecimiento de raíces y plantas y son un riesgo para su aplicación como enmienda orgánica en agricultura sin un proceso de tratamiento previo. Pero los polifenoles son también compuestos bioactivos naturales, y por su carácter antioxidante y demás propiedades asociadas son sustancias a considerar en la obtención de ingredientes para la industria cosmética, farmacéutica o alimentaria. En este experimento se realizó un proceso de vermicompostaje del bagazo de uva de la variedad Albariño y se estudiaron los principales cambios físicos, biológicos y químicos (particularmente, polifenólicos) que se producen durante su degradación. Tras 42 días de vermicompostaje, las semillas aisladas presentaban todavía unas concentraciones de polifenoles importantes y de elevado interés industrial. En cuanto al bagazo vermicompostado las concentraciones polifenólicas disminuyeron rápidamente hasta el final del proceso (día 112) y se obtuvo un vermicompost final maduro, estable y de calidad para su uso como enmienda orgánica en campos de cultivo.
... El vermicompostaje del bagazo genera un producto maduro y estabilizado, con un incremento en la concentración de nutrientes para su uso como enmienda orgánica en campos de cultivo ( Martínez-Cordeiro et al., 2013). La rapidez con que ocurren estas transformaciones hacen del proceso un buen sistema para estudiar el papel de las lombrices de tierra y su microflora en la degradación del bagazo de uva ( Gómez-Brandón et al., 2010). Otro residuo proveniente de la industria de bebidas alcohólica es el bagazo tequilero, sustrato potencial para vermicompostaje. ...
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El vermicompostaje es un proceso biotecnológico que permite biodegradar residuos orgánicos bajo condiciones aerobias y mesófilas por la acción conjunta de lombrices y microorganismos, del cual se obtiene un producto final estabilizado. En el proceso se aprovechan las capacidades detritívoras de las lombrices, la acción de sus enzimas digestivas y de la microflora aeróbica y anaeróbica presentes en su intestino. El objetivo de esta revisión es dar a conocer avances reportados en la literatura científica acerca de los diferentes eventos en el proceso de vermicompostaje. El uso de residuos orgánicos no convencionales para producir vermicomposta, es una forma de reciclar materia orgánica que de otra manera son desechados de forma inapropiada causando problemas ambientales y pérdida de material orgánico valioso. Su uso como bioplaguicida plantea buena expectativa para el control de patógenos en los cultivos, limitando del empleo de pesticidas químicos. Se hace una revisión de la actividad enzimática en el vermicompostaje, responsable de muchas transformaciones bioquímicas en el sustrato. Un aspecto importante del proceso es el funcionamiento y la biodiversidad de las poblaciones microbianas que participan en la transformación de los residuos, del que se sabe muy poco. El manejo de esta tecnología requiere del entendimiento de los mecanismos complejos en la relación lombriz-microorganismos, que interactúan para aumentar las tasas de descomposición de la materia orgánica.
... Afortunadamente, los riesgos, señalados en los párrafos anteriores, se pueden reducir de forma significativa si los biosólidos son adecuadamente tratados por medio de procesos como el compostaje y/o el vermicompostaje (Santamaría-Romero et al., 2001;Contreras-Ramos et al., 2005;Ramesh et al., 2005;Ancona-Méndez et al., 2006). Pues como lo describen Gómez-Brandón et al. (2010) y Márquez-Quiroz et al. (2014, estos procesos son dos alternativas metodológicas muy eficientes para el tratamiento de residuos orgánicos sólidos, ya que pueden eliminar el riesgo contaminante de los residuos y convertirlos en biofertilizantes y bioplaguicidas con grandes posibilidades de utilización en la agricultura. ...
... Afortunadamente, los riesgos, señalados en los párrafos anteriores, se pueden reducir de forma significativa si los biosólidos son adecuadamente tratados por medio de procesos como el compostaje y/o el vermicompostaje (Santamaría-Romero et al., 2001;Contreras-Ramos et al., 2005;Ramesh et al., 2005;Ancona-Méndez et al., 2006). Pues como lo describen Gómez-Brandón et al. (2010) y Márquez-Quiroz et al. (2014, estos procesos son dos alternativas metodológicas muy eficientes para el tratamiento de residuos orgánicos sólidos, ya que pueden eliminar el riesgo contaminante de los residuos y convertirlos en biofertilizantes y bioplaguicidas con grandes posibilidades de utilización en la agricultura. ...
... Este proceso incrementa la concentración de nitrógeno, fósforo y potasio, y disminuye el pH y la relación C:N al final del proceso (Basheer y Agrawal, 2013).Martínez-Cordeiro et al., 2013). La rapidez con que ocurren estas transformaciones hacen del proceso un buen sistema para estudiar el papel de las lombrices de tierra y su microflora en la degradación del bagazo de uva (Gómez-Brandón et al., 2010). Otro residuo proveniente de la industria de bebidas alcohólica es el bagazo tequilero, sustrato potencial para vermicompostaje. ...
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Resumen El vermicompostaje es un proceso biotecnológico que permite biodegradar residuos orgánicos bajo condiciones aerobias y mesófilas por la acción conjunta de lombrices y microorganismos, del cual se obtiene un producto final estabilizado. En el proceso se aprovechan las capacidades detritívoras de las lombrices, la acción de sus enzimas digestivas y de la microflora aeróbica y anaeróbica presentes en su intestino. El objetivo de esta revisión es dar a conocer avances reportados en la literatura científica acerca de los diferentes eventos en el proceso de vermicompostaje. El uso de residuos orgánicos no convencionales para producir vermicomposta, es una forma de reciclar materia orgánica que de otra manera son desechados de forma inapropiada causando problemas ambientales y pérdida de material orgánico valioso. Su uso como bioplaguicida plantea buena expectativa para el control de patógenos en los cultivos, limitando del empleo de pesticidas químicos. Se hace una revisión de la actividad enzimática en el vermicompostaje, responsable de muchas transformaciones bioquímicas en el sustrato. Un aspecto importante del proceso es el funcionamiento y la biodiversidad de las poblaciones microbianas que participan en la transformación de los residuos, del que se sabe muy poco. El manejo de esta Abstract The vermicomposting is a biotechnological process that allows biodegradation of organic waste under aerobic and mesophilic conditions by the joint action of worms and microorganisms, from which a stabilized final product is obtained. In the process they take advantage of the destructive capacities of the worms, the action of the digestive enzymes and the aerobic and anaerobic microflora present in their intestines. The objective of this review is to present advances reported in the scientific literature about the different events in the vermicomposting process. The use of unconventional organic waste to produce vermicompost is a way to recycle organic matter that otherwise is improperly disposed of causing environmental problems and loss of valuable organic material. Its use as a biopesticide raises good expectations for the control of pathogens in crops, limiting the use of chemical pesticides. A review of the enzymatic activity in the vermicomposting, responsible for many biochemical transformations in the substrate. An important aspect of the process is the functioning and biodiversity of microbial populations involved in the transformation of waste, which is very little known. The management of this technology requires the 408 Rev. Mex. Cienc. Agríc. Vol.8 Núm. 2 15 de febrero-31 de marzo, 2017 Víctor Manuel Villegas-Cornelio y José Ramón Laines Canepa tecnología requiere del entendimiento de los mecanismos complejos en la relación lombriz-microorganismos, que interactúan para aumentar las tasas de descomposición de la materia orgánica. Palabras clave: bioplaguicida, enzimas, lombrices de tierra, microorganismos, vermicompostaje. Introducción Actividades productivas como las agrícolas, urbanas e industriales generan residuos orgánicos que a pesar de no ser considerados óptimos para el desarrollo de las lombrices en condiciones naturales, han sido bioestabilizados con éxito en procesos de vermicompostaje. Estos residuos considerados no convencionales requieren de pre-acondicionamiento que le brinde las características requeridas para el adecuado desarrollo de las lombrices (Moreno et al., 2014). De los diferentes residuos que han sido vermicopostados de manera exitosa, los de la industria alimentaria, farmacéutica, curtiduría, papelera, forestal y ganadera, azucarera y conservas y vitivinícola (Balakrishnan y Batra, 2011; Garg et al., 2012; Hernández-Rodríguez et al., 2012; Basheer y Agrawal, 2013; Martínez-Cordeiro et al., 2013; Sreekanth et al., 2014; Ravindran et al., 2015) son recursos con un alto valor agrícola por las ventajas que proporciona al suelo a través del vermicompostaje. La acumulación de este tipo de residuos deteriora el medio ambiente (Asim et al., 2015; Cardoen et al., 2015), generando además una pérdida de material potencialmente valioso que se puede procesar para generar productos con valor agregado (Nigam et al., 2009; Suthar et al., 2012). Con el desarrollo de sistemas agrícolas modernos se ha abierto otra ventana de discusión, el problema de contaminación derivado del uso de fertilizantes químicos (Navarro et al., 1995). De las muchas ventajas de la vermicomposta está su uso como bioplaguicida contra patógenos vegetales. Recientes investigaciones han demostrados que el vermicompostaje incrementa la diversidad microbiana, condición que la hace útil como agente biocontrolador contra diferentes plagas (Domínguez et al., 2010; Jack, 2012). Su uso ha demostrado su capacidad como fungicida, supresor de áfidos, nematodos y ácaros de cultivos (Artavia et al., 2010; Edwards et al., 2010a; Contreras-Blanca et al., 2014). El vermicompostaje es un proceso bioquímico que puede understanding of the complex mechanisms in relation worm-microorganisms, which interact to increase rates of decomposition of organic matter.
... Este proceso incrementa la concentración de nitrógeno, fósforo y potasio, y disminuye el pH y la relación C:N al final del proceso (Basheer y Agrawal, 2013).Martínez-Cordeiro et al., 2013). La rapidez con que ocurren estas transformaciones hacen del proceso un buen sistema para estudiar el papel de las lombrices de tierra y su microflora en la degradación del bagazo de uva (Gómez-Brandón et al., 2010). Otro residuo proveniente de la industria de bebidas alcohólica es el bagazo tequilero, sustrato potencial para vermicompostaje. ...
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Resumen El vermicompostaje es un proceso ecotecnológico de bajo costo que permite la bio-oxidación, degradación y estabilización de residuos orgánicos por la acción conjunta de lombrices y microorganismos, del cual se obtiene la vermicomposta, un producto final estabilizado, homogéneo y de granulometría fina. Este proceso tecnológico eficiente puede convertir residuos orgánicos en productos de valor agregado para las prácticas de restauración ecológica y programas de fertilidad del suelo. El objetivo de esta revisión, es presentar los avances reportados en la literatura científica acerca del proceso de vermicompostaje, con la finalidad de comprender las cualidades y virtudes de esta tecnología alternativa en la conversión de residuos orgánicos sólidos en productos estables. En este documento se hace una breve revisión sobre bases que dieron paso al uso de lombrices en la fertilización del suelo, desde civilizaciones antiguas hasta la implementación de invernaderos de alta tecnología, tanto así que el vermicompostaje está llamado a hacer la segunda revolución verde para la generación de fertilizante orgánico y producción de alimentos sanos, e incluso para la generación de proteína de alta calidad para alimento animal. Se describen características de algunas especies de lombrices adecuadas para su manejo, así como la función que desempeñan en Abstract The vermicomposting is a low cost eco-technological process that allows the bio-oxidation, degradation and stabilization of organic residues by the joint action of worms and microorganisms, from which the vermicompost is obtained, a final product stabilized, homogenous and fine granulometry. This efficient technological process can convert organic waste into value-added products for ecological restoration practices and soil fertility programs. The objective of this review is to present the advances reported in the scientific literature about the vermicomposting process, in order to understand the qualities and virtues of this alternative technology in the conversion of solid organic residues to stable products. In this document a brief review is made on bases that gave way to the use of earthworms in soil fertilization, from ancient civilizations to the implementation of high tech greenhouses at present, so much so that the vermicomposting is called to make the second green revolution for the generation of organic fertilizer and production of healthy food, and even for the generation of high quality protein for animal feed. Outstanding characteristics are described of some earthworm species that make them suitable for their management, as well as their role in the recycling of organic matter. A review 394 Rev. Mex. Cienc. Agríc. Vol.8 Núm. 2 15 de febrero-31 de marzo, 2017 Víctor Manuel Villegas-Cornelio y José Ramón Laines Canepa reciclaje de la materia orgánica. Se hace una revisión de residuos orgánicos convencionales utilizados como alimento para lombrices, que al ser estabilizados mejoran el suelo y promueven la producción de los cultivos. Palabras clave: bio-oxidación, lombrices de tierra, microorganismos, residuos sólidos orgánicos, vermicompostaje. Introducción El vermicompostaje es un proceso de biooxidación, degradación y estabilización de la materia orgánica mediada por la acción combinada de lombrices y microorganismos bajo condiciones aerobias y mesófilas, con el que se obtiene un producto final estabilizado (Vargas-Machuca, 2010; Moreno et al., 2014). En el vermicompostaje los microorganismos son responsables de la degradación bioquímica de la materia orgánica, mientras que las lombrices actúan como conductores del proceso mediante la fragmentación y el acondicionamiento del sustrato para la actividad microbiológica (Domínguez, 2004; Aira et al., 2009; Gómez-Brandón et al., 2011a). Con el propósito de convertir residuos orgánicos en vermicomposta, que es un producto orgánico de alto valor agrícola (Moreno et al., 2014). Las lombrices han sido apreciadas por civilizaciones antiguas, que valoraban el papel que desempeñan en la fertilización del suelo, Charles Darwin las consideró como organismos importantes en el suelo por su papel en la descomposición de materiales vegetales muertos (Edwards, 2004). La lombricultura como actividad es de reciente creación e inicia a mediados del siglo XX, para los años cuarenta su cultivo se intensificó para fines comerciales y su relevancia como proceso para estabilización de residuos orgánicos se da en los años setenta en Europa, con una notable dimensión de algunos centros de producción de lombrices con espectativas comerciales para reducir desechos sólidos en los vertederos (Schuldt, 2006; Sinha et al., 2010a). La tecnología de vermicompostaje en la gestión de los residuos orgánicos convencionales y no convencionales, ha crecido considerablemente como resultado de grandes avances científicos en varias partes del mundo (Singh et al., 2011). Esta estrategia tiene la finalidad de aprovechar y reducir los volúmenes de residuos orgánicos, que generan problemas ambientales. El vermicompostaje se ha utilizado is made of the various types of conventional organic waste that are used as food for earthworms, which, when stabilized, enrich the soil nutritively and promote crop production.
... Afortunadamente, los riesgos señalados en los párrafos anteriores se pueden reducir de forma significativa si los biosólidos son adecuadamente tratados por medio de procesos como el compostaje y/o el vermicompostaje (Santamaría-Romero et al., 2001;Contreras-Ramos et al., 2005;Ramesh et al., 2005;Ancona-Méndez et al., 2006). Pues como lo describen Gómez-Brandón et al. (2010) y Márquez-Quiroz et al. (2014), estos procesos son dos alternativas metodológicas muy eficientes para el tratamiento de residuos orgánicos sólidos, ya que pueden eliminar el riesgo contaminante de los residuos y convertirlos en biofertilizantes y bioplaguicidas con grandes posibilidades de utilización en la agricultura. ...
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PRÓLOGO La elaboración de los libros Tópicos Selectos de Sustentabilidad: Un Reto Permanente. Se originó en el trabajo conjunto y la colaboración del grupo de Profesores – Investigadores a las que pertenecen los Cuerpos Académicos que forman parte de la Red Académica de Innovación en Alimentos y Agricultura Sustentable (RAIAAS). Esta red académica tuvo su origen en el año 2011 a iniciativa, tanto del Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología (COECYT) del estado de Coahuila de Zaragoza, como de la Comunidad de Instituciones de Educación Superior de la Laguna (CIESLAG), quienes convocaron a investigadores de las diferentes IES de la región para que se incorporarán a la RAIAAS, y a través de ésta se conjuntaran esfuerzos académicos para contribuir a la solución de la problemática que enfrenta la Comarca Lagunera en diversas áreas del conocimiento. En ecología, la sustentabilidad describe a los sistemas ecológicos o biológicos que mantienen su diversidad y productividad con el transcurso del tiempo, pero en el aspecto económico y social, se definiría como la habilidad de las actuales generaciones para satisfacer sus necesidades sin perjudicar a las siguientes generaciones. Ambas acepciones se integran en este texto que involucran los elementos esenciales de preocupación como los beneficios y sustentabilidad de los biodigestores en establos lecheros, la hidroponía como alternativa sustentable para el cultivo sin suelo, la biodegradación de compuestos aromáticos, los fitoquímicos de frutas, la captación y aprovechamiento integral del agua de lluvia y manejo de aguas residuales en zonas áridas, el material radiactivo en la cadena alimenticia, la fitorremediacion de suelos contaminados por metales pesados, los productos orgánicos y fitohormonas, las principales aplicaciones del aceite esencial de cítricos y los retos para las pymes dentro de la sustentabilidad, y, que se abordan en este cuarto volumen. Este nuevo libro, "Tópicos selectos de sustentabilidad: un reto permanente Volumen IV," aborda los temas con el fin de dar continuidad a la aportación de estos conocimientos ecológicos y económicos para aquellas entidades preocupadas por el crecimiento sostenible para las futuras generaciones y, que sin duda, continuará siendo un referente de información, como lo han sido los tres volúmenes anteriores. La elaboración del Libro Tópicos Selectos de Sustentabilidad: Un Reto Permanente. Volumen III se derivó del trabajo conjunto y de la colaboración del grupo de Profesores – Investigadores de las diversas instituciones a las que pertenecen los Cuerpos Académicos que forman parte de la Red Académica de Innovación en Alimentos y Agricultura Sustentable (RAIAAS), los cuales se enlistan a continuación, conjuntamente con las Instituciones de Educación Superior (IES) a las que pertenecen dichos cuerpos colegiados: Cuerpo Académico Ecología, Biodiversidad y Manejo de Recursos Bióticos, Clave: UJED-CA87, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Juárez del Estado de Durango Cuerpo Académico Ingeniería en Biotecnología y Administración de Negocios Internacionales, Clave: UPGOP-CA-1, Universidad Politécnica de Gómez Palacio Cuerpo Académico Sistemas Sustentables para la Producción Agropecuaria de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro - Unidad Laguna. Clave: UAAAN-CA-14 Cuerpo Académico Ciencias Biológicas Aplicadas, Clave: UACOACH-92, de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Coahuila Cuerpo Académico Producción Agropecuaria en el Trópico Húmedo, Clave: UJAT-CA-209. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco Cuerpo Académico Bioquímica Aplicada, Clave: CA-85. Universidad Autónoma de San Luis Potosí Grupo Interdisciplinario de Vinculación (GRINVIN) de la Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas de la Universidad Autónoma Chapingo Cuerpo Académico Construcción Eco-eficiente de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Coahuila Dr. José Luis Reyes Carrillo
... Some other studies have demonstrated that vermicomposting can be an interesting and efficient alternative for the treatment of grape marc derived from the elaboration of red wine [36,37] and white wine [38][39][40]. In the case study presented here, the positive and high dynamics of the earthworm population density together with the correct evolution of the chemical and biological properties indicate that vermicomposting was optimal and produced excellent quality vermicompost. ...
Chapter
Winemaking produces annually millions of tons of grape marc as a byproduct, which is a revaluable resource having many potential uses, including a nutrient‐rich organic soil amendment. However, its application as untreated raw material can damage crops owing to the release of phytotoxic polyphenols. This agronomic problems can be minimized by vermicomposting, as earthworms can partly digest polyphenols. This chapter reports the results obtained in the processing of grape marc derived from white wine through vermicomposting on an industrial scale to yield both a high quality organic, polyphenol‐free fertilizer and grape seeds as a source of bioactive compounds. Vermicomposting reduced substantially the residue biomass. In a very short‐term, the process yielded a nutrient‐rich, microbiologically active and stabilized peat‐like material that can be easily separated from the seeds by sieving. The isolation of the seeds eliminates the polyphenol‐associated phytotoxicity from the vermicompost and left those seeds prepared to be easily processed to get different bioactive compounds, mainly rich‐polyphenols extracts but also rich‐fatty acids seed oil. The procedure described is effective, simple, environmental‐friendly and economical, and can easily be scaled up for industrial application yielding a variety of added‐value products from the initial grape marc.
... Los abonos orgánicos, e. g., el VC, presentan una alta capacidad de retención hídrica (Durán-Umaña y Henríquez-Henríquez, 2010). En la figura 2 se representan las curvas de retención de humedad de tres abonos orgánicos ampliamente utilizados como parte de los sustratos de crecimiento -VC, compost y cachaza, los cuales poseen una humedad de saturación máxima (superior a 120 % de humedad en base a sustrato seco a 50 °C) (Moreno-Álvarez, 2002), además de presentar excelente estructura, porosidad, aireación, drenaje (Hernández et al., 2008;Gómez-Brandón et al., 2010). En el caso específico del VC Ancona-Méndez et al. (2006) destacan que este material, es un sustrato de gran uniformidad, contenido nutrimental y una excelente estructura física, porosidad, aireación, drenaje y capacidad de retención de humedad y durante el proceso de elaboración no se generan olores fétidos. ...
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Distintos estudios han sugerido que el empleo del vermicompost como parte de los sustratos de crecimiento puede proporcionar elementos nutritivos y retener humedad, a la par que promueve el desarrollo de diferentes especies vegetales bajo condiciones protegidas. Por lo anterior, en el presente capítulo, además de resaltar la importancia del recurso agua para el desarrollo de los cultivos, se describe, en términos generales, las características físicas de los sustratos y se enfatiza el papel del vermicompost como parte de estos sustratos, por su capacidad para favorecer la retención de humedad mejorando el desarrollo de diversas especies vegetales, cuando se utiliza como parte de los medios de crecimiento. Adicionalmente, como parte de las evidencias que se han generado sobre las bondades de la aplicación del vermicompost, se describen los resultados obtenidos para el cultivo de tomate durante su cultivo en diferentes sustratos y diferentes frecuencias de riego.
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The cell content of 12 bacterial phospholipid fatty acids (PLFA) was determined in bacteria extracted from soil by homogenization/centrifugation. The bacteria were enumerated using acridine orange direct counts. An average of 1.4010-17 mol bacterial PLFA cell-1 was found in bacteria extracted from 15 soils covering a wide range of pH and organic matter contents. With this factor, the bacterial biomass based on PLFA analyses of whole soil samples was calculated as 1.0–4.8 mg bacterial C g-1 soil C. The corresponding range based on microscopical counts was 0.3–3.0 mg bacterial C g-1 soil C. The recovery of bacteria from the soils using homogenization/centrifugation was 2.6–16% (mean 8.7%) measured by PLFA analysis, and 12–61% (mean 26%) measured as microscopical counts. The soil content of the PLFA 18:26 was correlated with the ergosterol content (r=0.92), which supports the use of this PLFA as an indicator of fungal biomass. The ratio 18:26 to bacterial PLFA is therefore suggested as an index of the fungal:bacterial biomass ratio in soil. An advantage with the method based on PLFA analyses is that the same technique and even the same sample is used to determine both fungi and bacteria. The fungal:bacterial biomass ratio calculated in this way was positively correlated with the organic matter content of the soils (r=0.94).
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We studied the influence of the earthworm, Eisenia fetida, on the microbial populations during the vermicomposting of pig manure. Fresh pig manure was placed in replicated boxes with (two densities, 25 and 50) and without earthworms for a period of 16 d. Samples were destructively collected periodically and analyzed for microbial biomass nitrogen, microbial respiration, substrate-induced respiration (SIR) and substrate dehydrogenase activity. Microbial biomass N, microbial respiration, SIR and substrate dehydrogenase activity were significantly lower in the earthworm treatments after 8 d.
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The effect of stocking rate and moisture content on the growth and maturation of Eisenia andrei (Bouché, 1972) in pig manure was studied in laboratory trials at 20°C. Six moisture contents (65, 70, 75, 80, 85 or 90%) and five stocking rates (1, 2, 4, 8 or 16 worms, each per the same volume of substrate) were tested. Growth and maturation of earthworms were monitored over 44 days. The 85% moisture content was found to be most favourable for earthworm growth. The 80 and 90% moisture contents were found to be adequate. Eight earthworms per 43.61 g (dry wt) was found to be the most favourable inoculation density.
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Conditions are described for the rapid and precise assay of soil proteases, using proteins and dipeptide derivatives as substrates in the absence of added bacteriostatic agents. The rate of substrate hydrolysis was proportional to the soil concentration; the release of amino compounds per unit weight of soil was directly related to the incubation time.The soils investigated varied widely in their pH, texture, organic matter content, and total exchangeable cations, but nevertheless exhibited optimal protease activity near pH 8.0 and 60°C, and were consistent in their preferential hydrolysis of dipeptide derivatives containing amino acids with hydrophobic side chains. However, soils varied widely in their relative activities towards a given dipeptide derivative and towards benzoyl arginine amide (BAA), a cationic substrate used in the assay of ‘trypsin-like’ enzymes. Benzyloxycarbonyl (Z) phenylalanyl leucine was hydrolysed most rapidly by all soils investigated. Activities towards Z-phenylalanyl leucine far exceeded those towards protein substrates and were highly correlated with the clay contents of the soils but not well correlated with the organic matter contents.
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A novel microwave-assisted extraction (MAE) technique for isolating the fungal metabolite ergosterol was developed and applied to fungal hyphae and spores, mushrooms, filtered air, artificially contaminated corn, naturally contaminated grain dust, and soil. The procedure involves irradiation of milligram-sized samples in a conventional microwave oven for 35 s in the presence of methanol and aqueous sodium hydroxide and results in simultaneous extraction and saponification. Total ergosterol was determined by reversed phase high-performance liquid chromatography with ultraviolet detection at 282 nm and confirmed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Results from a variety of fungal samples showed MAE-derived ergosterol values to be comparable with those obtained by classical solvent extraction and to significantly exceed those obtained by supercritical fluid extraction (SFE). Total fatty acid profiles of spores were determined (by GC-MS) on the same extracts as used for ergosterol analyses. The MAE procedure is simple, rapid, reliable, and economical with respect to amounts of reagents required, especially when compared with classical solvent and SFE.
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Grape marc, consisting of grape skins and seeds which are left over from wine processing, were composted in windrows. In order to investigate the various changes occurring in grape marc during composting, Fourier transform infrared and crosspolarization magic-angle spinning 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy as well as chemical analyses such as C/N ratio, cation exchange capacity, and crude fibers analyses were employed to bulk grape marc seeds, skins, and combined samples without extraction. The main changes in the organic matter were: (i) a decrease in C/N ratio both in the skins and the combined sample but not in the seeds; (ii) an increase in cation exchange capacity; (iii) a decrease in total polysaccharides content; (iv) an increase in lignin content; and (v) an increase in cellulose content. All the methods showed that the main changes took place in the skins while the seeds changed only slightly. The nuclear magnetic resonance and Fourier transform infrared spectra revealed an increase in aromaticity and carboxyl groups and a decrease in polysaccharides as the decomposition proceeded. These findings were verified by crude fiber analysis and changes in cation exchange capacity. This study demonstrated the feasability of measuring cross-polarization magic-angle spinning 13C nuclear magnetic resonance and Fourier transform infrared spectra directly on the bulk organic matter without extractions. This procedure was shown to provide useful information on the decomposition process. The resulting information was in good agreement with that derived from conventional chemical parameters of compost maturity. (C) Williams & Wilkins 1991. All Rights Reserved.
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Grape waste was composted by biodegradation and subsequently used as an organic fertilizer for 20 day-corn. Combinations of recently compressed grape waste and hen droppings (10% w/w) were prepared to study the activating effect of hen droppings and the effect of aeration on the composting process. The final hydrogen potential (pH), %C, %N and C/N ratio, indicated an adequate development of the bioprocess. Satisfactory results were observed when the products were applied at several doses (1,000-4,000 kg/ ha) as a soil conditioner for corn seed germination in greenhouses. Only the addition of hen droppings had a significant effect (P < 0.05) on corn dry matter (14% increase). A dose of 3000 kg/ha was considered as optimal and was used supplemented with triple superphosphate (TSP) in agronomic trials. All the treatments produced greater corn dry matter (P < 0.05) than the chemical industrial fertilizer used as a control (0.52-0.71 g/pot for the organic fertilizers vs 0.45 g/pot for the control). Anaerobic conditions and hen droppings addition significantly produced (P < 0.05) higher corn dry matter.
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Three different substrates from winery and distillery wastes including a spent grape marc (SGM), a mixture of SGM and lees cake (SGML) and a mixture of biosolid vinasse and vine shoots (BvS) were vermicomposted with Eisenia andrei for 8 months. The chemical changes occurring in the bulk substrates and in their humic acid-like (HAL) fractions were investigated. Vermicomposting produced a decrease of total organic C content and C/N ratio, and an increase of total extractable C and humic acid C contents in the three substrates. The HAL fractions in the initial substrates were characterized by a marked aliphatic character, small acidic functional group content, a marked presence of proteinaceous materials and polysaccharide-like structures, extended molecular heterogeneity and small degrees of aromatic ring polycondensation, polymerisation and humification. After vermicomposting, the chemical and structural characteristics of HAL fractions approached those typical of soil humic acid. In particular, a loss of aliphatic, polypeptidic and carbohydrate components, and an increase in oxygenated and acidic functional groups occurred. Results obtained showed that vermicomposting is a suitable treatment for transforming fresh organic matter in SGM, SGML and, especially, BvS into humified forms, thus enhancing the quality of these materials as soil organic amendments. Further, the mixture SGML yielded slightly better results in terms of HAL fraction quality and humification degree of the final product, with respect to SGM.