Análisis del aprovechamiento de los lixiviados de compostaje en agricultura

Según la Estrategia Andaluza de Bioeconomía Circular, “el sector agroalimentario andaluz es un modelo, donde la investigación y la innovación tienen gran capacidad de incorporarse, con creciente interés, por los bioproductos de procedencia biológica con una potente infraestructura técnico-científica y un tejido empresarial interrelacionado, plural y diverso, donde las novedades biotecnológicas tienen una rápida difusión y segura implementación”.

La agricultura puede contribuir al desarrollo de un nuevo modelo económico basado en un uso más sostenible y eficiente de los recursos. 

El caso de la agricultura intensiva almeriense es un ejemplo de producción sostenible, se hace un uso eficiente de los recursos y el impacto en términos de huella ecológica, especialmente la hídrica, donde se incluyen además aspectos como el efecto albedo de los invernaderos para la reducción del calentamiento global y es referente de prácticas integradas de plagas (mayor superficie hortícola mundial) y ecológicas a nivel internacional.

La provincia de Almería ha experimentado en las cuatro últimas décadas un gran desarrollo económico. El motor de ese crecimiento es el sector primario y más concretamente la agricultura intensiva bajo plástico. 

Según la Consejería de Agricultura, Pesca, Agua y Desarrollo Rural de la Junta de Andalucía, hay unas 37.897 ha de invernaderos dedicadas a la producción de hortalizas, planta ornamental y flor cortada entre las provincias de Almería, Granada y Málaga, de las que 33.877 ha se encuentran en la provincia de Almería (CAPADR, 2023b).

Almería representa el 85 % de la producción total andaluza y el 60 % de la producción en España, con una cantidad total de frutas y hortalizas intensivas de 3.959.183 toneladas (CAPADR, 2023b) y un valor de comercialización de 3.374 millones de euros de hortalizas y 457 millones de frutas en el 2023 (Infoagro, 2024; https://www.infoagro.com/noticias/2024/). 

La calidad y seguridad alimentaria de la producción de Almería es muy elevada, especialmente debido a la implantación de la técnica del control biológico de plagas

La provincia tiene en cultivo de unas 27.863 hectáreas (CAPADR, Jornada Técnica 17/1/2024 Coexphal-Cajamar) con métodos de control biológico y producción integrada, lo que significa que Almería sigue a la vanguardia española y europea en producción respetuosa con el medio ambiente, sana, segura y al gusto de los consumidores más exigentes. Los invernaderos solares, como se denomina a los invernaderos de Almería, son totalmente sostenibles, minimizan el consumo de energías fósiles, reduce las emisiones de CO₂, reduce el consumo de agua, la ocupación de suelo, la aplicación de fitosanitarios y permite la implantación de métodos de control biológico, así como, la producción ecológica.

La solución del problema de los restos orgánicos de la cosecha es una cuestión crucial para el sector hortícola. No solo para tener unos campos limpios, evitar problemas sanitarios y proliferación de plagas, sino porque debemos avanzar hacia un modelo de producción respetuoso con el medioambiente, sostenible y basado en una economía circular.

Desde una perspectiva de economía circular, la gestión de los restos vegetales es crucial para que se puedan valorizar estos restos vegetales de una manera más eficiente y segura, con productos de mejor calidad y lo más sanos posibles sin restos de materias activas o metales, logrando que se cierren los ciclos productivos.

En la actualidad, el conocimiento de nuevas tecnologías posibilita la valorización de esta materia orgánica de forma más eficiente y respetuosa con el medio ambiente, utilizando los subproductos de una actividad en la siguiente y cerrando los ciclos productivos.

La producción de hortícolas en invernadero implica el levantamiento del cultivo al final de la campaña (en mayo y junio) y tras el ciclo de otoño (enero a marzo). 

La realización de dos ciclos de cultivo conlleva la generación de un gran volumen de restos vegetales en dos épocas del año, lo que provoca problemas de gestión en aquellas zonas donde existe una alta concentración de este tipo de producción, como puede ser la zona del Campo de Dalías-El Ejido (Figura 2).

El problema de los restos vegetales y de frutos en el sector hortícola es que su producción está muy concentrada en el tiempo y, por otro lado, su composición no siempre facilita la gestión como residuo, debido al elevado contenido en humedad, restos de rafias y alambres, etc. 

Esta estacionalidad y heterogeneidad hace que estos residuos sean difíciles de gestionar. En Andalucía, ya se cuenta con ocho plantas de tratamiento, además de una red de transportistas autorizados (Plan Integral de Residuos de Andalucía).  

La responsabilidad de la correcta gestión de estos residuos agrícolas y de su financiación, como en el resto de los sectores productivos, es de los productores de los residuos

Los restos vegetales generados en la explotación pueden reutilizarse de varias formas, una manera es de modo directo, sin sufrir ningún tipo de tratamiento, o un simple triturado, incorporándose directamente al suelo, como un abono en verde (esto puede suponer ciertas limitaciones en el caso de cultivos en enarenado) y también como alimentación al ganado.

Los restos vegetales también se pueden aprovechar de modo indirecto, en los que hay transformación de la materia; físicas, la combustión para obtener energía, químicas, para la fabricación de pasta de papel y biológicas, para la obtención de biogás, compost, proteínas o compuestos microbianos.

Debido a la escasez y pobreza de materia orgánica en los suelos de la zona, el aprovechamiento de los restos mediante compostaje o abonado en verde puede ser de gran interés para mejorar la calidad de los suelos. 

El uso de compost en agricultura posibilita la sustitución de un abono mineral de síntesis por uno orgánico. Los compost contienen elementos fertilizantes en proporción baja respecto a los fertilizantes minerales de síntesis, pero con un alto contenido en materia orgánica. 

Esto supone múltiples ventajas en la aplicación agrícola, ya que contribuye a la mejora del medio edáfico (propiedades físicas, químicas y biológicas), hecho imprescindible para garantizar la sostenibilidad de los sistemas agrícolas; además aumenta la capacidad de retención de agua (Figura 3).

Los procedimientos de gestión deben tratar de valorizar el residuo, fomentando su reutilización y reciclaje, manteniendo la gestión con garantía sanitaria y minimizando las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente la de los que tienen mayor capacidad de forzamiento climático, tales como CH₄, NO_x o fluocarbonos.

El compostaje de los residuos orgánicos generados por las explotaciones agrícolas permite el reciclado y aprovechamiento de los mismos, reduciendo su volumen y permitiendo su uso con fines agrícolas, recuperándose y aprovechándose así la materia orgánica y los nutrientes contenidos en dichos residuos. 

El compostaje se define como un proceso bioxidativo controlado, que se desarrolla sobre sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido por la acción de los microorganismos. 

Implica el paso a través de una etapa termofílica y una producción temporal de fitotóxinas, generándose como resultado de la biodegradación dióxido de carbono, agua, minerales y un producto final, llamado compost, con una materia orgánica estabilizada, libre de compuestos fitotóxicos y patógenos y con ciertas características húmicas (Zucconi y de Bertoldi, 1987). 

Los objetivos principales del proceso de compostaje son: la estabilización de la materia orgánica y la higienización para la eliminación de patógenos y de malas hierbas de los materiales a compostar, de modo que el uso agrícola del producto final obtenido no comporte efectos negativos.

En el procesado del compost, los residuos vegetales sufren transformaciones debidas a la actividad de los microorganismos (principalmente bacterias y hongos) presentes de forma natural en estos residuos. Durante este proceso se generan por percolación lixiviados (Figura 3). 

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 y contienen compuestos orgánicos e inorgánicos.

La fracción mineral de los lixiviados puede ser fertilizante para plantas después de una adecuada dilución al contener elementos clave para el crecimiento vegetal como Nitrógeno (N), Fosforo (P), y Potasio (K), entre otros.

Dependiendo del residuo vegetal, este puede contener sustancias microcontaminantes y/o materias activas de plaguicidas en pequeñas cantidades procedentes del material vegetal (Junta de Andalucía, 2016b). 

Solo en Almería se generan en 2023 se estimó una generación 1,943 millones de toneladas de residuos vegetales (datos propios), 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 la generación de más de 7.000 m³/año de lixiviado procedente de restos vegetales 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.

Los lixiviados de restos vegetales presentan importantes concentraciones de nitrógeno amoniacal, así como de potasio, fósforo y carbono orgánico (Tabla 1). Todos 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 lo que conllevaría una menor contaminación ambiental.

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).

La aplicación de estos lixiviados también proporciona a la planta una mejor resistencia a patógenos y enfermedades (Zouari et al., 2020). Esto se debe a que los extractos aumentan la cantidad de nutrientes en la planta, activan las respuestas de defensa de la planta e incluso potencian el crecimiento de microorganismos del suelo que actúan como agentes de biocontrol (Li et al., 2020), lo que nos puede permitir reducir el uso de agroquímicos. El lixiviado de compost contiene principalmente microorganismos de origen bacteriano y fúngico.

Estos lixiviados, al proceder de restos de cultivos, suelen contener algunas sustancias no biodegradables, como materias activas de plaguicidas y otras sustancias emergentes, difícilmente biodegradables y, por lo tanto, requieren el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan su eliminación o disminución en los lixiviados, para que su utilización como biofertilizantes en los cultivos y no generen ningún tipo de problema.

Para llevar a cabo estas acciones es necesario definir la tecnología o combinación de tecnologías a nivel demostrativo, que sean energéticamente eficiente y económicamente viables para la obtención de un fertilizante procedente de los lixiviados de compostaje de restos vegetales con garantías de calidad, composición y libre de sustancias microcontaminantes o emergentes, para que se pueda utilizar para la producción de los cultivos por parte de los agricultores con garantías higiénicas.

Los microorganismos que contienen estos compost y lixiviados son principalmente: bacterias, hongos y actinomicetos mesófilos totales, microorganismos lignocelulolíticos, solubilizadores de potasio, calcio y potasio y productores de sideróforos

Las peroxidasas y las lacasas son enzimas clave en la degradación de la lignina. Dado que estas enzimas son inespecíficas, pueden atacar simultáneamente una amplia gama de compuestos orgánicos altamente recalcitrantes, una característica que se ha explotado para la biorremediación de PHAs, compuestos clorados y colorantes. 

Además, se ha descrito que los sistemas enzimáticos degradadores de lignina también pueden transformar diversos pesticidas y plaguicidas ampliamente utilizados en agricultura.

El compostaje se considera una estrategia altamente efectiva para transformar, mediante la actividad microbiana, los residuos de lignocelulosa en productos finales de enorme relevancia a nivel agronómico. 

Por tanto, los microorganismos lignocelulolíticos, produciendo un sistema de enzimas extracelulares, impulsan la transformación y degradación de la lignocelulosa. Sin embargo, entre los componentes principales de la biomasa lignocelulósica, la lignina generalmente supone una barrera física y dificulta la utilización de celulosa y hemicelulosa por los microorganismos durante el compostaje.

Por lo tanto, la búsqueda de nuevos métodos efectivos y económicos dirigidos a mejorar la eficiencia en la degradación de este complejo polímero durante el proceso compostaje, puede resultar uno de los retos medio ambientales de este siglo. 

En este sentido, la aplicación de microorganismos lignocelulolíticos, capaces de degradar polímeros a través de la producción de enzimas extracelulares, además de favorecer la degradación de otros compuestos recalcitrantes como los pesticidas y plaguicidas derivados de las prácticas agrícolas intensivas, podría ser considerada como una estrategia eficaz, no agresiva, y respetuosa con el medio ambiente, de cara a mejorar la calidad de los productos obtenidos.

Identificar los microorganismos que se encuentran en el compost y lixiviados nos pueden ayudar a mejorar el proceso de compostaje. Se ha detectado de que hay microorganismos que son capaces de degradar restos de plaguicidas y materiales lignocelulósicos, como tallos, hojas y ramas de origen agrícola y/o forestal. Estos microorganismos pueden generar sustancias reguladoras del crecimiento vegetal y determinar nuevas especies antagonistas frente a organismos plaga de los cultivos.

Los compuestos fitosanitarios residuales debido a su gran volatilidad y solubilidad en agua suelen concentrarse en los lixiviados, en la manera que se mejoren los procesos de compostaje con la inoculación de estos microorganismos nos permitirá de una manera económica y viable reducir la presencia de estos compuestos fitosanitarios que provoca una gran contaminación ambiental, tanto a nivel de la atmósfera como del suelo, el agua y la salud humana.

Para llevar a cabo estas acciones es necesario definir la tecnología o combinación de tecnologías a nivel demostrativo, que sean energéticamente eficientes y económicamente viables para la obtención de un fertilizante procedente de los lixiviados de compostaje de restos vegetales con garantías de calidad, composición y libre de sustancias microcontaminantes o emergentes, para que se pueda utilizar para la producción de los cultivos por parte de los agricultores con garantías higiénicas.

Mediante el proyecto LIXAGRO 'Bioeconomía circular de los restos de cultivos para su reutilización en agricultura', los socios del proyecto que lo forman Servicios Ambientales las Chozas, Universidad de Almería, Coexphal y Cajamar, pretenden 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. 

Se persigue mejorar la rentabilidad y sostenibilidad de la producción de alimentos para el sector agrícola, además de ofrecer mejoras a los actuales sistemas de gestión de residuos vegetales y generar nuevas herramientas de mejora de la producción y protección de los cultivos. Todo ello mediante el desarrollo de procesos basados tecnologías sencillas y robustas.

Con la optimización del tratamiento de los lixiviados de compostaje, mediante un proceso integrado de eliminación de los elementos contaminantes y el uso de tecnologías fáciles de implementar en un sistema de compostaje para la depuración de los lixiviados, se permitiría su reutilización para usos agrícolas (según el RD 1620/2007).

Es fundamental la implementación de los sistemas, para ello es necesario escalar la producción de las distintas cepas de microorganismos para su aplicación a nivel semiindustrial, con características y condiciones de cultivo similares, de forma que el protocolo de escalado puede adecuarse a la producción de todas ellas.

Mediante su implementación se resolverán simultáneamente distintos problemas como: 

1. obtención de un producto fertilizante para uso agrícola, fomentando la economía circular en el sistema productivo agrícola con garantías sanitarias, 
2. posibilidad de implantación de nuevos procesos y oportunidades de trabajo en ambientes rurales, 
3. (reducción de problemas ambientales y de rechazo social asociados a los lixiviados vegetales, 
4. mejora de la sostenibilidad y rentabilidad de la producción agrícola.

Agradecimientos

Proyecto GO LIXAGRO: 'Bioeconomía circular de los restos de cultivo para su reutilización en agricultura', proyecto financiado por la Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y Desarrollo Sostenible, a través del Programa de Ayudas a Grupos Operativos de la Asociación Europea de Innovación (AEI) en materia de productividad y sostenibilidad agrícolas, con Fondos Europeos Agrícola de Desarrollo Rural.

Referencias

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