¿Cómo hacer fertilizante orgánico de alta calidad?

La producción de cualquier fertilizante orgánico de alta calidad debe pasar por el proceso de compostaje. El compostaje es un proceso en el que la materia orgánica se degrada y estabiliza continuamente mediante la acción de microorganismos en ciertas condiciones, obteniendo un producto apto para el uso en el suelo.

El compostaje, un método antiguo y sencillo para el tratamiento de residuos orgánicos y la fabricación de fertilizantes, ha sido ampliamente valorado por diversos países gracias a su importancia ecológica y a su aplicación en la producción agrícola. Existen numerosos informes que indican que el uso de compost para preparar semilleros puede inhibir las enfermedades transmitidas por el suelo. Además, las bacterias antagonistas que surgen tras la etapa de alta temperatura del proceso de compostaje pueden aumentar su número. Bajo la acción de los microorganismos, la materia orgánica del proceso de compostaje no se descompone fácilmente, se estabiliza y es fácilmente absorbida por el cultivo; esto reduce la toxicidad de los metales pesados dentro de un cierto rango. El compostaje es un método sencillo y eficaz para la fabricación de fertilizantes bioorgánicos, lo cual beneficia el desarrollo de la agricultura ecológica.

La mayoría de los fertilizantes orgánicos solo se fermentan durante 15 a 20 días, y estos productos solo pueden cumplir con los estándares de inocuidad. El proceso de compostaje de fertilizantes orgánicos de alta calidad generalmente demora entre 45 y 60 días. Esto se debe a que en la etapa inicial del compostaje y en la etapa de alta temperatura, se eliminan microorganismos dañinos como bacterias patógenas, huevos y semillas de malezas, pero la función principal de los microorganismos en este proceso es el metabolismo y la reproducción, pero solo se produce una pequeña cantidad. Los metabolitos, y estos metabolitos también son inestables y no son fácilmente absorbidos por las plantas. Durante el período de enfriamiento posterior, los microorganismos experimentarán humificación de la materia orgánica y, en el proceso, se producirá una gran cantidad de metabolitos beneficiosos para el crecimiento y la absorción de las plantas. Este proceso demora entre 45 y 60 días. El compostaje a través de este proceso puede lograr tres propósitos: uno es inocuo; el segundo es la humificación; el tercero es la producción de una gran cantidad de metabolitos microbianos como varios antibióticos y sustancias proteicas.

¿Por qué el compost produce tal efecto? A continuación, presentamos una introducción más detallada al principio del compostaje.

A: Principio de fermentación de fertilizantes orgánicos.

1.Transformación de la materia orgánica durante el compostaje

La materia orgánica del compost sufre una compleja transformación bajo la acción de microorganismos. Esta transformación se puede resumir en dos procesos: uno es la mineralización de la materia orgánica, es decir, la descomposición de la materia orgánica compleja en sustancias simples, y finalmente la formación de dióxido de carbono, agua y nutrientes minerales. El otro es la humificación de la materia orgánica, es decir, la descomposición y síntesis de la materia orgánica para formar una materia orgánica especial más compleja: el humus. Ambos procesos se llevan a cabo simultáneamente, pero en direcciones opuestas, en diferentes condiciones, con una intensidad significativamente diferente.

2.Mineralización de la materia orgánica

(1) Descomposición de materia orgánica libre de nitrógeno El compuesto polisacárido (almidón, celulosa, hemicelulosa) se hidroliza primero en un monosacárido por la acción de una hidrolasa secretada por el microorganismo. La glucosa se descompone rápidamente en condiciones bien ventiladas, y los intermediarios como el alcohol, el ácido acético y el ácido oxálico no se acumulan fácilmente, formando finalmente CO2 y H2O, y liberando una gran cantidad de calor. Si la ventilación es deficiente, bajo la acción de microorganismos anaeróbicos, el monosacárido se descompone lentamente, genera menos calor y acumula algún producto intermedio: ácido orgánico. En condiciones microbianas extremadamente tóxicas, también se forman sustancias reducidas como CH4 y H2.

(2) Descomposición de compuestos orgánicos nitrogenados. Las sustancias orgánicas nitrogenadas presentes en el compost incluyen proteínas, aminoácidos, alcaloides, humus, etc. La mayoría se descomponen fácilmente, excepto el humus. Por ejemplo, las proteínas, bajo la acción de las proteasas secretadas por microorganismos, se degradan gradualmente para producir diversos aminoácidos, y posteriormente se forman sales de amonio y nitratos por amoniación y nitrificación, respectivamente, que pueden ser absorbidos y utilizados por las plantas.

(3) Conversión de compuestos orgánicos que contienen fósforo Los compuestos orgánicos que contienen fósforo en el compost forman ácido fosfórico bajo la acción de varios microorganismos saprofitos y se convierten en nutrientes que las plantas pueden absorber y utilizar.

(4) Conversión de materia orgánica que contiene azufre La materia orgánica que contiene azufre en el compost forma sulfuro de hidrógeno por la acción de microorganismos. El sulfuro de hidrógeno se acumula fácilmente en un ambiente anaeróbico y es tóxico para las plantas y los microorganismos. Sin embargo, bajo condiciones bien ventiladas, el sulfuro de hidrógeno se oxida a ácido sulfúrico bajo la acción de las bacterias del azufre y forma un sulfato con la base de sal en el compost, que no solo elimina el veneno del sulfuro de hidrógeno, sino que también se convierte en un nutriente de azufre que la planta puede absorber. En el caso de una ventilación deficiente, se produce antivulcanización, que convierte el ácido sulfúrico en pérdida de H2S y envenena las plantas. Durante el proceso de fermentación del compostaje, el efecto antivulcanización se puede eliminar mejorando la aireación del compost mediante medidas de vuelco cronometradas.

(5) Conversión de lípidos y compuestos orgánicos aromáticos La estructura de los taninos y las resinas es compleja y la descomposición es lenta. Los productos finales también son CO2 y agua. La lignina es un compuesto orgánico particularmente estable en el compost vegetal (como corteza, astillas de madera, etc.). Un compuesto, que es estructuralmente complejo, contiene núcleo aromático y existe en el tejido vegetal en una forma multimérica, que es extremadamente difícil de descomponer. Bajo la condición de buena ventilación, se descompone lentamente principalmente por la acción de hongos y actinomicetos, y su núcleo aromático se puede transformar en un compuesto indólico, que es una de las materias primas para la resíntesis del humus. Por supuesto, estas sustancias continuarán descomponiéndose bajo ciertas condiciones.

En resumen, la mineralización de la materia orgánica del compost puede proporcionar nutrientes de acción rápida para cultivos y microorganismos, proporcionar energía para las actividades microbianas y preparar materias primas básicas para la humificación de la materia orgánica del compost. Cuando el compostaje está dominado por actividades microbianas aeróbicas, la materia orgánica se mineraliza rápidamente para producir más dióxido de carbono, agua y otros nutrientes, que se descomponen rápida y completamente, y liberan una gran cantidad de calor; cuando la actividad microbiana anaeróbica es dominante, la descomposición de la materia orgánica La velocidad es lenta y, a menudo, incompleta, liberando menos calor. Además de los nutrientes de las plantas, los productos de descomposición son fáciles de acumular ácidos orgánicos y sustancias reductoras como CH4, H2S, PH3, H2, etc. Cuando alcanzan un cierto nivel, son desfavorables para el crecimiento de los cultivos. Incluso dañino. Por lo tanto, el vuelco durante la fermentación del compostaje también es para convertir el tipo de actividad microbiana para eliminar sustancias nocivas.

B: Proceso de humificación de la materia orgánica

Existen diversos argumentos sobre el proceso de formación del humus, que se puede dividir, a grandes rasgos, en dos etapas: en la primera, los residuos orgánicos se descomponen para formar materias primas que constituyen moléculas húmicas, como polifenoles, sustancias orgánicas nitrogenadas (aminoácidos, péptidos, etc.). En la segunda etapa, los polifenoles secretados por los microorganismos los oxidan a hidrazina, que posteriormente se condensa con los aminoácidos o péptidos para formar monómeros húmicos. Dado que existen muchos tipos de fenoles, hidrazinas y aminoácidos, las formas de condensación entre sí son diferentes, y los monómeros húmicos formados son diversos. En diferentes condiciones, estos monómeros se condensan aún más para formar moléculas de diversos tamaños.

El compostaje es, en realidad, una forma de estabilización de residuos, pero requiere condiciones especiales de humedad, aireación y microorganismos para alcanzar la temperatura adecuada. Esta temperatura generalmente se considera superior a 45 °C. Mantener esta temperatura alta puede inactivar patógenos y eliminar las semillas de malezas. La materia orgánica restante después de un compostaje adecuado tiene una baja tasa de descomposición, es relativamente estable y es fácilmente absorbida por las plantas. El olor después del compostaje puede reducirse considerablemente.

Existen numerosos tipos de microbios involucrados en el proceso de compostaje. Debido a los cambios en las materias primas y las condiciones, la cantidad de microorganismos varía constantemente, por lo que ningún microorganismo predomina en el proceso de compostaje. Cada entorno tiene su propia flora microbiana específica, y la diversidad de microorganismos permite que el compost evite el colapso del sistema ante cambios en las condiciones externas.

El proceso de compostaje se realiza principalmente mediante la acción de microorganismos, que constituyen el componente principal de la fermentación. Existen dos fuentes de microbios involucrados en el compostaje: la gran cantidad de microorganismos presentes en los residuos orgánicos y el inóculo microbiano añadido artificialmente. Estas cepas poseen una gran capacidad de descomposición de ciertos residuos orgánicos en ciertas condiciones, y se caracterizan por su alta actividad, rápida reproducción y rápida descomposición de la materia orgánica, lo que puede acelerar el proceso de compostaje y acortar su tiempo.

El compostaje se divide generalmente en aeróbico y anaeróbico. El aeróbico es el proceso de descomposición de materiales orgánicos en condiciones aeróbicas. Sus metabolitos son principalmente dióxido de carbono, agua y calor. El anaeróbico es el proceso de descomposición de materiales orgánicos en condiciones anaeróbicas. El metabolito final de la descomposición anaeróbica es el metano, el dióxido de carbono y muchos intermediarios de bajo peso molecular, como los ácidos orgánicos.

Las principales especies microbianas que participan en el proceso de compostaje son bacterias, hongos y actinomicetos. Estos tres microorganismos son bacterias de temperatura media y bacterias de temperatura alta.

Durante el proceso de compostaje, la población microbiana cambia con la temperatura de la siguiente manera: la microflora de temperatura baja y media se transforma principalmente en microflora de temperatura media-alta, y la comunidad microbiana de temperatura media-alta se transforma principalmente en microflora de temperatura media-baja. A medida que se prolonga el tiempo de compostaje, las bacterias disminuyen gradualmente, los actinomicetos aumentan gradualmente y los mohos y levaduras disminuyen significativamente al final del proceso.

El proceso de fermentación del compost orgánico se puede dividir en las siguientes cuatro etapas.

(1) Fase de fiebre. En la fase inicial del compostaje, los microorganismos presentes en el compost son principalmente de temperatura media y aeróbicos, siendo los más comunes las bacterias libres de esporas, las bacterias con esporas y el moho. Estos microorganismos inician el proceso de fermentación del compostaje y, en condiciones aeróbicas, descomponen fácilmente sustancias orgánicas (como azúcares simples, almidones, proteínas, etc.), generan mucho calor y aumentan continuamente la temperatura del compost, que sube de 20 °C a 40 °C. Esta fase es la fase de fiebre, o fase de temperatura media.

(2) Etapa de alta temperatura Con el aumento de la temperatura, los microbios calientes reemplazan gradualmente a las especies de temperatura moderada y juegan un papel principal. La temperatura continúa aumentando, generalmente alcanzando 50 °C en unos pocos días y entrando en la etapa de alta temperatura. En la etapa de alta temperatura, los actinomicetos calientes y los hongos calientes se convierten en las especies principales. Descomponen fuertemente sustancias orgánicas complejas (como celulosa, hemicelulosa, sustancias pectínicas, etc.) en el compost, acumulan calor y la temperatura del compost aumenta a 60-70 °C, incluso hasta 80 °C. Luego, la mayoría de los buenos microorganismos de calor también mueren o descansan (20 días o más), lo que juega un papel importante en la aceleración del compostaje del compost. Compostaje inadecuado, solo un corto período de alta temperatura, o ninguna temperatura alta en absoluto, por lo que la maduración es muy lenta y no alcanza el estado semifrito en medio año o más.

(3) Etapa de enfriamiento. Cuando la etapa de alta temperatura se prolonga durante un cierto tiempo, la mayor parte de la celulosa, la hemicelulosa y la pectina se descomponen, dejando componentes complejos (como la lignina) difíciles de descomponer y humus recién formado, lo que debilita la actividad de los microorganismos. La temperatura disminuye gradualmente. Cuando la temperatura desciende por debajo de los 40 °C, los microorganismos de temperatura moderada se convierten en las especies dominantes.

Si la etapa de enfriamiento se adelanta, indica que las condiciones de amontonamiento no son las ideales y que la descomposición de la materia vegetal es insuficiente. En este momento, se puede voltear la pila y mezclar bien los materiales apilados para generar calor adicional y aumentar la temperatura, lo que facilita el compostaje.

(4) Etapa de descomposición y compostaje. Tras el compostaje, se reduce el volumen y la temperatura de la pila se reduce ligeramente por encima de la temperatura ambiente. En este punto, el compost debe compactarse, lo que resulta en un estado anaeróbico que debilita la mineralización de la materia orgánica y facilita la conservación de los fertilizantes.

En resumen, el proceso de fermentación del compost orgánico es en realidad el proceso de metabolismo y reproducción de diversos microorganismos. El proceso metabólico de los microorganismos es el proceso de descomposición de la materia orgánica. Esta descomposición produce inevitablemente energía que promueve el proceso de compostaje, aumenta la temperatura y seca la matriz húmeda.

Muchas matrices de compost contienen patógenos humanos, animales y vegetales, así como organismos problemáticos como semillas de malezas. Durante el proceso de compostaje, el crecimiento de estos organismos puede controlarse eficazmente mediante un calentamiento sostenido durante un corto periodo de tiempo. Por lo tanto, una de las principales ventajas del compostaje a alta temperatura es la capacidad de inactivar patógenos humanos, animales y vegetales, así como semillas.

La inactivación de patógenos y semillas se debe a su muerte celular, la cual se basa principalmente en la inactivación térmica de la enzima. A una temperatura adecuada, la inactivación de la enzima es reversible, pero irreversible a altas temperaturas. La fracción activa de la enzima disminuye rápidamente en un rango de temperatura pequeño. Si no hay enzima, la célula pierde su función y muere. Solo unas pocas enzimas pueden soportar altas temperaturas durante largos periodos. Por lo tanto, los microorganismos son muy sensibles a la inactivación térmica.

Estudios han demostrado que el calentamiento a una temperatura determinada durante un tiempo determinado puede destruir patógenos u organismos molestos. Generalmente, se calienta a una temperatura de 60-70 °C (calor húmedo) durante 5-10 minutos. Esto puede destruir la actividad de los cuerpos no latentes de bacterias esporuladas y no esporuladas. Los patógenos presentes en el lodo pueden eliminarse mediante calentamiento y esterilización a 70 °C durante 30 minutos. Sin embargo, a temperaturas más bajas (50-60 °C), algunos patógenos pueden inactivarse hasta por 60 días. Por lo tanto, es necesario mantener una temperatura superior a 60 °C durante un tiempo durante el proceso de compostaje.

Durante el proceso de compostaje, se debe voltear el material si es necesario. Generalmente, cuando la temperatura de la pila supera el pico máximo y se reduce, se pueden mezclar los materiales con diferentes temperaturas de descomposición en la capa exterior. Si la humedad es insuficiente, se puede añadir agua para facilitar un compostaje uniforme.

La muerte, el reemplazo y la transformación de diversos organismos y microorganismos en el proceso de compostaje se llevan a cabo simultáneamente. La introducción del bloque mencionada anteriormente presenta el principio de la fermentación del compostaje desde diferentes perspectivas, ya sea desde la termodinámica, la biología o la transformación de materiales. Desde esta perspectiva, estas reacciones no se completan en un periodo corto de unos pocos o diez días, por lo que el compostaje aún requiere de 45 a 60 minutos, incluso si se controlan adecuadamente diversas condiciones como la temperatura, la humedad y los microorganismos.

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