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Durante el proceso de compostaje, se lleva a cabo una compleja sucesión de poblaciones demicroorganismos capaces de degradar o descomponer una materia orgánica compleja. Lasbacterias son las más numerosas en el proceso de compostaje, y constituyen entre el 80% yel 90% de los microorganismos existentes en el compost.Se trata de un grupo de gran diversidad metabólica, que utilizan un amplio rango deenzimas de degradación químicamente una gran variedad de compuestos orgánicos.

Foto: www.evolvingstem.orgLa cuantificación de las bacterias aerobias totales representa, de alguna manera, un índicede actividad biológica. Dentro de este tipo de microorganismos, se puede destacar el grupode las Pseudomonas fluorescens, constituido por algunas especies de bacterias asociadas aprocesos de biocontrol de patógenos de plantas y a procesos de estimulación del desarrolloradicular.La utilización de un compost maduro con una alta población de Pseudomonas fluorescentes,

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podría actuar como un estimulador de desarrollo de las raíces y un “protector” frente adiferentes fitopatógenos.Los Actinomycetes durante el proceso de modificación de la materia orgánica del compostes relevante, debido a la capacidad enzimática para degradar compuestos orgánicoscomplejos (celulosa, lignina, etc). Así mismo, muchas de las especies que participan en esteproceso son tolerantes a altas temperaturas que alcanza el compost, durante el proceso dedegradación aeróbica.Por tal motivo, es un grupo de microorganismos abundante en el compost. Asimismo, losActinomycetes poseen la capacidad de regular la microbiota rizosférica a través de laproducción de antibióticos y otros compuestos.

Foto: ubetbiochar.blogspot.comLos hongos filamentosos constituyen un grupo muy amplio, participando en la degradaciónaeróbica de la materia orgánica debido a su alta capacidad ligno celulítica.Asimismo, se encuentran en el suelo como parte de la microbiota normal, implicados enprocesos de degradación y solubilización de compuestos orgánicos complejos y compuestosinorgánicos. En contrapartida muchas especies son causantes de enfermedades de plantas.Por lo tanto, es importante realizar una correcta caracterización de este grupo demicroorganismos, durante la utilización del compost como sustrato.

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Foto: mingaonline.uach.cl

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Foto: ohioline.osu.edu

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Fases del proceso de compostaje.

En todo proceso de compostaje se pueden diferenciar por lo menos dos fases: la fasede descomposición y la fase de maduración.A. Fase de descomposiciónLa descomposición es un proceso de simplificación donde las moléculas complejas sedegradan a moléculas orgánicas e inorgánicas más sencillas. Es un proceso exotérmicodebido principalmente a la actividad biológica. La etapa de descomposición se compone pordos sub fases: fase mesófila y fase termófila.a. Fase mesofílicaEn esta fase se desarrollan las familias microbianas mesófilos que inician la descomposiciónde las moléculas más fácilmente degradables. Esta actividad de descomposición generaenergía que se libera en forma de calor, y se traduce en un incremento paulatino detemperatura. Al avanzar el proceso y variar las condiciones empiezan a parecer losmicroorganismos termófilos a la vez que van disminuyendo los mesófilos.En este estadio la población de bacterias puede llegar a 100 millones de células por gramode material. Las bacterias descritas en esta fase pertenecen a diferentes familias:

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Alcaligenaceae, Alteromonadaceae, Bacillaceae, Burkholderiaceae, Bradyrhizobiaceae,Caryophanaceae, Caulobacteraceae, Cellulomonadaceae, Clostridiaceae, Comamonadaceae,Corynebacteriaceae, Enterobacteriaceae, Flavobacteriaceae, Flexibacteraceae,Hyphomicrobiaceae, Intrasporangiaceae, Methylobacteriaceae, Microbacteriaceae,Micrococcaceae, Moraxellaceae, Neisseriaceae, Nitrosomonadaceae, Nocardiopsaceae,Paenibacillaceae, Phyllobacteriaceae, Propionibacteriaceae, Pseudomonadaceae,Pseudonocardiaceae, Rhodobacteraceae, Sphingobacteriaceae, Staphylococcaceae, yXanthomonadaceae.Uno de los géneros bacterianos predominantes en este estadio es Bacillus. La diversidad deespecies de este género es alta a temperaturas de hasta 50ºC, sin embargo, a medida que seincrementa la temperatura disminuyen su actividad.Con respecto a los hongos filamentosos,una alta diversidad de especies participan en esterango de temperatura. Predominando los géneros Aspergillus y Penicillium, seguidos deTrichoderma, Mucor, Rhizopus, Cladosporium, Backusella, Ulocladium, Acremonium,Fusarium, Scopulariopsis, Geotrichum, etc.Los Actinomycetes (bacterias filamentosas) se desarrollan a tasas de crecimiento inferioresa la mayoría de las bacterias y hongos, y por tanto compiten ineficientemente cuando elnivel de nutrientes es alto. En esta fase predominan géneros de la familia Nocardiaceae.b. Fase termófilaLas sustancias fácilmente degradables como los azúcares,las grasas, el almidón y lasproteínas, son rápidamente consumidas. esta fase es muy importante, ya que al alcanzarsetemperaturas tan altas, se consigue uno de los objetivos principales del compostaje:eliminar los microorganismos patógenos y las semillas de malas hierbas, con lo que seasegura la higienización del producto final.La higienización tiene que conseguir tres objetivos: prevenir el crecimiento y ladiseminación de patógenos, destruir los que hay presentes, y producir un producto final norecolonizables por patógenos. La fase termófila se caracteriza por un elevado consumo deoxígeno y a la liberación de gran cantidad de energía por parte de la población microbiana.Las proteínas pasan a péptidos, aminoácidos a amoniaco y,progresivamente la mezcla se vaalcalinizando. En función a las condiciones de temperatura, humedad y pH, el amoniacoestará en equilibrio con el ión amonio. Para evitar posibles pérdidas de amonio, favorece losvolteos y las elevadas temperaturas que se alcanzan, conviene sobre todo en esta fasecontrolas las condiciones de proceso.Los microorganismos mesófilos comienzan a disminuir su actividad rápidamente, una vezque se inicia la fase termófila. El incremento de la temperatura provoca una rápidatransición de una microbiota mesófila a una termófila. Los microorganismos mesófilos sonparcialmente eliminados a estas temperaturas y las bacterias, hongos y Actinomycetestermófilos o termotolerantes incrementan su población.

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Las bacterias, en especial las especies mesófilas del género Bacillus, sobreviven en estascondiciones a través de la formación de endosporas. Otros géneros bacterianos son capacesde engrosar la pared celular o formar una cápsula exterior, protegiéndose de lascondiciones adversas y permitiendo su “reactivación” cuando las condiciones seanfavorables.En esta fase, los microorganismos termófilos o termotolerantes incrementan su población avalores del orden de los 100-1000 millones de células por gramo. La temperatura óptimapara los hongos termófilos es de 40-50ºC. Los Actinomycetes son generalmente mástolerantes que los hongos a temperaturas termófilas moderadas, y su número y diversidadse incrementa significativamente a 50-60ºC. Diferentes especies de la familiaStreptomycetaceae, son los Actinomycetes más comúnmente aislados.

Foto: www.ospat.com.arLas altas temperaturas generalmente se asocian con una dramática reducción de lasdiversas funciones microbianas. La fase termófila, con temperaturas que exceden los 60ºC,son habitualmente consideradas como un “suicidio microbiano”. Por lo tanto, generalmentese asume que no se deben superar los 55-60ºC para lograr una rápida y eficientedescomposición.Sin embargo, la presencia y la actividad de bacterias termófilas extremas es esencial para labiodegradación y mineralización de los residuos biológicos a altas temperaturas (60-80ºC).

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A estas temperaturas las bacterias termófilas son las únicas que se encuentran activas. Ladiversidad de especies disminuye pero su concentración es alta (100 a 1000 millones decélulas por gramo). La diversidad de especies disminuye a temperaturas superiores a los60ºC. Entre los 65 y 69ºC se ha detectado algunas cepas de Bacillus stearothermophilus.La identificación de bacterias termófilas extremas pertenecientes al género Thermus,capaces de crecer sobre compuestos orgánicos a temperaturas de 50-80ºC, con un óptimode crecimiento a 65-75ºC, corroboran este punto.Por lo tanto, las especies del género Thermus, descritas inicialmente en sitios geotermales,están probablemente adaptadas a las altas temperaturas del compost y juegan un papelimportante en la biodegradación de los residuos durante la fase termófila.Asimismo, las especies del género Hydrogenobacter han sido aisladas en estas condiciones.Estas bacterias son autotróficas, no forman esporas y crecen a 60-80ºC (óptimo 70-75ºC).Obtienen su energía a través de la oxidación del azufre o del hidrógeno y sintetizan susestructuras carbonadas a partir del CO2.La detección de bacterias termófilas durante la fase de alta temperatura, demuestra laposibilidad de realizar el compostaje a 65-75ºC por un periodo largo de tiempo, sin excederde 80ºC.Las bacterias termófilas, así como las mesófilas, actúan sobre la hemicelulosa, descomponenuna variedad importante de compuestos orgánicos (carbohidratos, ácidosorgánicos,polisacáridos, proteínas, lípidos, alcoholes) y reducen el azufre inorgánico(H2S,S2O3=, SO3=, etc.)B. Fase de maduración y enfriamientoEl grado de maduración de un compost afecta significativamente su utilización en laagricultura. La adición de un compost inmaduro al suelo provoca una una deficiencia deoxígeno, la inmovilización del nitrógeno e incrementa los problemas fitopatogénicosradiculares. Sin embargo, la adición de un compost maduro beneficia la fertilidad de unsuelo, su estructura, e incrementa los efectos de control biológico.Durante la fase de maduración la diversidad y el número de Actinomycetesmesófilos/termotolerantes y de hongos filamentosos capaces de degradar polímerosnaturales complejos (lignina, hemicelulosa, celulosa), se incrementa significativamente. Lapoblación de bacterias termófilas disminuye 1 o 2 órdenes logarítmicos en comparación conla población presente durante la fase termogénica (108-1010 ufc/g), sin embargo, ladiversidad taxonómica y metabólica se incrementa.En esta fase las bacterias representan el 80% del recuento total de microorganismos(109-1011 ufc/g) y una pequeña proporción corresponde a bacterias esporuladas. LosActinomycetes y los hongos poseen una población de 107-108 ufc/. Estos microorganismosson importantes en la degradación de la celulosa, hemicelulosa, quitina y proteínas. Lalignina es degradada principalmente por hongos filamentosos.

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La mayoría de los microorganismos presentes en esta fase e implicados en el ciclo delcarbono, poseen actividad proteolítica, amonificante, amilolítica y celulolítica. Asimismo, sehan descrito especies fijadoras libres de nitrógeno (Azotobacter, 103-105 ufc/g),denitrificadoras, y sulfato reductoras. Esta diversidad microbiana juega un papelfundamental en la estabilidad del compost.Las bacterias mesófilas que permanecieron inactivas durante la fase anterior y queresistieron las altas temperaturas, vuelven a estar metabolitamente activas y son capaces derecolonizar el sustrato. La diversidad y cantidad de bacterias capaces de “reactivarse”,depende del número de especies existentes con capacidad de formar endosporas o cápsulas.El tamaño de la población, el número de especies y la actividad metabólica de las bacteriasmesófilas se incrementa. Esta respuesta favorece; la descomposición de los compuestosorgánicos, la oxidación y mineralización del nitrógeno inorgánico y los compuestosazufrados (producción de nitratos y sulfatos, respectivamente), la formación de compuestosdel humus(exopolisacáridos) a través de la polimerización de compuestos orgánicos simples,la fijación del nitrógeno atmosférico, la supresión de fitopatógenos, la mineralización delhierro, manganeso y fósforo, la capacidad de intercambio catiónico y la formación deagregados minerales. Asimismo, contribuye a la degradación de compuestos orgánicostóxicos (pesticidas) y a la disminución de la cantidad de metales pesados a través de laformación de sales insolubles.

Fuente: www.academia.edu