Compostaje: comprensión del papel del nitrógeno

Nitrógeno en el compost:

El compostaje desempeña un papel importante en la devolución de nitrógeno al suelo. El nitrógeno es un elemento orgánico fundamental para el crecimiento de las plantas, por lo que esta recuperación de nutrientes supone un beneficio significativo en comparación con el vertido en vertederos o los procesos de conversión térmica que pueden liberar el nitrógeno a la atmósfera.

Sin embargo, el proceso de convertir el nitrógeno en una forma utilizable para las plantas a través del compostaje es complejo y requiere tiempo. A continuación se describen algunas de las reacciones que pueden tener lugar y cómo las condiciones del proceso de compostaje afectan este proceso de mineralización del nitrógeno:

• Etapa de descomposición: el compostaje comienza con la descomposición de materiales orgánicos por microorganismos como bacterias y hongos. Durante esta etapa, los compuestos orgánicos ricos en nitrógeno, como las proteínas y los aminoácidos presentes en la materia prima, se descomponen en compuestos nitrogenados más simples.
• Amonificación: A medida que los materiales orgánicos se descomponen, el nitrógeno se libera en forma de iones de amonio (NH4+). Este proceso se conoce como amonificación. El amonio es una forma soluble de nitrógeno que las plantas pueden absorber fácilmente.
  • Tenga en cuenta que los procesos de volteo de hileras pueden generar una mayor pérdida de nitrógeno. Si se voltea al principio del proceso, cuando hay más nitrógeno en forma de amoníaco, se liberarán concentraciones de vapor de amoníaco antes de que pueda estabilizarse en amonio y disolverse en el líquido.
• Nitrificación: Los iones de amonio se convierten en nitrito (NO2-) y luego en nitrato (NO3-) mediante un proceso llamado nitrificación. Este proceso lo llevan a cabo bacterias específicas. El nitrato también es una forma de nitrógeno disponible para las plantas, pero es más propenso a la lixiviación y puede provocar contaminación ambiental si no se gestiona adecuadamente.
• Desnitrificación (opcional): en algunos casos, en condiciones anaeróbicas (con poco oxígeno), ciertas bacterias pueden convertir el nitrato nuevamente en nitrógeno gaseoso (N2) a través de un proceso llamado desnitrificación. Esto puede provocar la pérdida de nitrógeno del compost y, por lo general, no es deseable si el objetivo es retener el nitrógeno para que lo utilicen las plantas.

La siguiente figura, proporciona una visión de las posibles vías para el nitrógeno:

Compostaje: amoniaco y amonio:

El amoniaco (NH3) y el amonio (NH4+) son dos formas de compuestos nitrogenados. La diferencia fundamental entre ellos radica en su composición química y su comportamiento en diferentes entornos.

El amoníaco es un gas altamente volátil con un olor fuerte y penetrante. El amoníaco se produce de forma natural mediante la descomposición de materia orgánica que contiene nitrógeno, como orina, desechos animales o material vegetal en descomposición. El amonio se refiere al ion NH4+ con carga positiva. Es el resultado de la reacción del amoníaco con agua (H2O) y la aceptación de un protón (H+), formando el ion amonio. Esto ocurre en condiciones ácidas. El amoníaco es una forma más estable de nitrógeno, especialmente en entornos con niveles de pH más bajos.

A menudo se encuentra en soluciones acuosas o unido a partículas sólidas. En una aplicación de compostaje, tanto el amoníaco como el amonio desempeñan papeles importantes. Inicialmente, durante la descomposición de la materia orgánica, el amoníaco tiende a liberarse como subproducto. Sin embargo, a medida que continúa el proceso de compostaje, el amoníaco puede transformarse en amonio en las condiciones adecuadas de temperatura y pH.

En el proceso de amonificación, la proporción de amoniaco (NH3) y amonio (NH4+) depende del pH y la temperatura. Las condiciones cálidas y alcalinas conducen a una mayor formación de amoniaco. Las temperaturas más frías y el pH neutro o ácido conducen a una mayor formación de amonio. 

En particular, en el caso del compostaje, un alto nivel de amoníaco puede provocar toxicidad por amoníaco e inhibir el proceso biológico. Esta inhibición puede provocar a menudo la formación de otros compuestos olorosos (como azufre reducido, que suele ser un problema en el compostaje con biosólidos).

Compostaje: nitrato y nitrito

El nitrato (NO3-) y el nitrito (NO2-) también son formas de compuestos nitrogenados, pero son diferentes del amoniaco y el amonio. El nitrato y el nitrito son formas oxidadas de nitrógeno que se producen típicamente durante las últimas etapas del compostaje, particularmente en condiciones aeróbicas (ricas en oxígeno). El nitrato es la forma más oxidada, mientras que el nitrito es un producto intermedio en el proceso de nitrificación. En el compostaje, la conversión de amoniaco y amonio en nitrato y nitrito es un paso crucial llamado nitrificación.

La nitrificación la llevan a cabo bacterias específicas conocidas como bacterias nitrificantes. Estas bacterias convierten el amonio en nitrito a través de un proceso llamado oxidación de amonio y luego oxidan aún más el nitrito en nitrato. Esta conversión es importante porque el nitrato es una forma de nitrógeno altamente disponible que las plantas pueden utilizar fácilmente para el crecimiento.

Condiciones del proceso que afectan la conversión de nitrógeno

Varias condiciones de proceso pueden afectar estos procesos de conversión de nitrógeno durante el compostaje:

• Relación carbono-nitrógeno (relación C/N): El equilibrio entre los materiales ricos en carbono (C) y los ricos en nitrógeno (N) en la materia prima del compost es crucial. Una relación C/N equilibrada (normalmente alrededor de 25-30:1) garantiza que haya suficiente nitrógeno disponible para los microorganismos durante la descomposición. Una relación C/N demasiado alta puede provocar la inmovilización del nitrógeno, mientras que una relación demasiado baja puede provocar la pérdida de nitrógeno en forma de amoníaco. Nota: el carbono debe estar biodisponible para los microbios. Por ejemplo, el carbono del cartón no estará tan fácilmente disponible como el carbono de la madera recién cortada. El carbono de la celulosa o la hemicelulosa está más disponible que el carbono de la lignina.
• Aireación y oxígeno: una aireación adecuada es esencial para promover la descomposición aeróbica (rica en oxígeno). Los niveles adecuados de oxígeno favorecen la actividad de las bacterias nitrificantes y ayudan a prevenir la pérdida excesiva de amoníaco por volatilización.
• Contenido de humedad: el compostaje requiere un contenido de humedad adecuado, generalmente entre el 40 y el 60 %. Los niveles adecuados de humedad facilitan la actividad microbiana y garantizan una conversión eficiente del nitrógeno. El exceso de humedad puede generar condiciones anaeróbicas y una posible pérdida de nitrógeno.
• Temperatura: El compostaje genera calor a medida que los microorganismos descomponen la materia orgánica. Mantener temperaturas entre 110 y 160 °F (43 y 71 °C) puede mejorar la actividad microbiana y acelerar la conversión de nitrógeno. Sin embargo, si la formación de amoníaco es alta, reducir la temperatura aumentará la fracción de amonio.
• Nivel de pH: El pH del material de compostaje puede afectar la actividad de los microorganismos involucrados en la conversión de nitrógeno.

Conclusión:

Como siempre, la gestión del proceso de nitrógeno del compost requiere el control de las condiciones del proceso. El operador debe verificar que las materias primas se adecuen a las mejores prácticas de gestión y el sistema de aireación del compost debe estar diseñado con la capacidad de refrigeración adecuada. Con un poco de esfuerzo, se puede optimizar el proceso de conversión y retención de nitrógeno durante el compostaje y producir un compost rico en nutrientes que puede beneficiar a las plantas y la salud del suelo.

Fuente: compostsystems.com