LAS EXCRETAS PORCINAS COMO MATERIA PRIMA PARA PROCESOS DE RECICLAJE UTILIZADOS EN ACTIVIDADES AGROPECUARIAS. Gerardo DOMINGUEZ-ARAUJO, Alberto Jorge GALINDO-BARBOZA, Gerardo SALAZAR-GUTIÉRREZ, Gerardo BARRERA-CAMACHO y Francisco Javier SANCHEZ-GARCIA. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias Centro de Investigación Regional Pacifico Centro Campo Experimental Centro-Altos de Jalisco Tepatitlátn de Morelos Jalisco, Noviembre 2014 Folleto Técnico No 6 ISBN: 978-607-37-0320-8 DIRECTORIO SECRETARÍA DE AGRICULTURA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN Lic. Enrique Martínez y Martínez Secretario Lic. Jesús Aguilar Padilla Subsecretario de Agricultura Prof. Arturo Osornio Sánchez Subsecretario de Desarrollo Rural Lic. Ricardo Aguilar Castillo Subsecretario de Alimentación y Competitividad Ing. Javier Guizar Macías Delegado de la SAGARPA en Jalisco INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS Dr. Luis Fernando Flores Lui Director General Dr. Manuel Rafael Villa Issa Coordinador de Investigación, Innovación y Vinculación Dra. Bertha Patricia Zamora Morales Encargada del Despacho de los asuntos de la Coordinación de Planeación y Desarrollo Mtro. Eduardo Francisco Berterame Barquin Coordinador de Administración y Sistemas Lic. Elisa Concepción Elguézabal Dávila Titular de la Unidad Jurídica CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL PACÍFICO CENTRO Dr. José Antonio Rentería Flores Director Regional Pacífico Centro Dr. Gerardo Salazar Gutiérrez Director de Investigación Regional Pacífico Centro MC. Primitivo Díaz Mederos Director de Planeación y Desarrollo Regional Pacífico Centro Lic. Miguel Méndez González Director de Administración Regional Pacífico Centro MC. Ramón Hernández Virgen Jefe del Campo Experimental Centro Altos de Jalisco LAS EXCRETAS PORCINAS COMO MATERIA PRIMA PARA PROCESOS DE RECICLAJE UTILIZADOS EN ACTIVIDADES AGROPECUARIAS. MC. GERARDO DOMÍNGUEZ ARAUJO Investigador del C.E. Centro-Altos de Jalisco MC. ALBERTO JORGE GALINDO BARBOZA Investigador del C.E. Centro-Altos de Jalisco DR. GERARDO SALAZAR GUTIÉRREZ Investigador del C.E. Centro-Altos de Jalisco DR. GERARDO BARRERA CAMACHO Investigador del C.E. Uruapan. ING. S.P. FRANCISCO JAVIER SÁNCHEZ GARCÍA Iniciativa Privada. INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL PACIFICO CENTRO CAMPO EXPERIMENTAL CENTRO-ALTOS DE JALISCO TEPATITLÁN DE MORELOS, JALISCO, MÉXICO NOVIEMBRE 2014 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de la institución. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Progreso No. 5. Barrio de Santa Catarina. Delegación Coyoacán México, D.F. 04010 Teléfonos: 01 800 088 2222 www.inifap.gob.mx Correo-e: contactenos@inifap.gob.mx Primera Edición Impreso en México. Printed in México ISBN : 978-607-37-0320-8 Folleto Técnico Núm.6 Noviembre 2014 CAMPO EXPERIMENTAL CENTRO-ALTOS DE JALISCO Km. 8 Carretera libre Tepatitlán-Lagos de Moreno, Colonia Las Cruces, Tepatitlán de Morelos, Jalisco, México. C.P. 47600 Tel. 01 800 088 2222 ext. 84529 La presente publicación se terminó de imprimir en el mes de Noviembre de 2014 en los Talleres Gráficos de Prometeo Editores, S.A. de C.V. Libertad 1457, col. Americana, Guadalajara, Jalisco, C.P.44160 Tel. 01 (33) 38262726. Su tiraje consta de 500 ejemplares. La cita correcta de esta obra es: Domínguez-Araujo, G., Galindo-Barboza, A. J., Salazar-Gutiérrez, G., Barrera-Camacho, G. y Sánchez-García, FJ. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. Folleto Técnico Núm. 6. Campo Experimental Centro-Altos de Jalisco, Tepatitlán de Morelos, Jalisco, México.46p CONTENIDO INTRODUCCIÓN........................................................................1 DISEÑO Y SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE GRANJAS PORCINAS...............................3 Consideraciones Generales..................................................3 SISTEMAS DE CRIANZA...........................................................7 POBLACIÓN ANIMAL.............................................................. 11 CONCEPTUALIZACIÓN DE LAS EXCRETAS........................12 FACTORES QUE AFECTAN LA CANTIDAD Y CALIDAD DE LAS EXCRETAS.............................................14 CLASIFICACIÓN DE LAS EXCRETAS Y SUS CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES..................................18 COMPOSICIÓN DE LAS EXCRETAS......................................22 Excretas sólidas..................................................................22 Excretas líquidas.................................................................26 PÉRDIDA DE NUTRIMENTOS................................................28 ALTERNATIVAS DE MANEJO DE RESIDUOS EN GRANJAS PORCINAS.......................................................29 RECOMENDACIONES............................................................35 BIBLIOGRAFÍA.........................................................................36 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. I ÍNDICE DE CUADROS Y FIGURAS Figura 1. Instalaciones, casetas de engorda........................................5 Figura 2. Instalaciones, casetas de maternidad...................................5 Figura 3. Comercialización de cerdos en pie.......................................6 Figura 4. Módulo manejo integrado de residuos.................................. 6 Figura 5. Tipo y calidad de alimento para cerdos....................17 Figura 6. Edad y etapa fisiológica del animal............................... 17 Figura 7. Manejo e instalaciones.............................................17 Figura 8. Excretas sólidas.......................................................21 Figura 9. Excreta semilíquida..................................................21 Figura 10. Excreta líquida........................................................21 Figura 11. Pérdida de nutrimentos, por lavado y/o en forma de gases............................................29 Figura 12. Perdida de nutrimentos por filtración......................29 Figura 13. Forma física de las excretas..................................30 Figura 14. Proceso de excretas sólidas, lavado manual (Ensilado de cerdaza)......................................30 Figura 15. Proceso de excreta de casetas de gestación (composta y vermicomposta)................31 Figura 16. Proceso de excreta líquida (sistema de generación de biogás y tratamiento de aguas residuales)...............................................31 Figura 17. Sistema de Producción Integral Sostenible............... 32 Cuadro 1. Producción diaria de excretas según el tipo de cerdo..............................................................12 Cuadro 2. Excreción anual de nutrimentos.............................24 Cuadro 3. Composición nutritiva de excretas porcinas sólidas en base a % de la MS.....................25 Cuadro 4. Composición nutritiva de excretas líquidas porcinas (%)............................................27 II Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. INTRODUCCIÓN. El cerdo se cría en casi todo el mundo, con la finalidad de obtener alimento cárnico, por sus buenas características nutricionales y por su buen sabor. Crecen y maduran con rapidez, tienen un periodo de gestación corto (114 días), de las madres se obtienen camadas numerosas, son omnívoros y consumen una gran variedad de alimentos convirtiendo los cereales y leguminosas en carne (FIRA, 2012). De acuerdo con el censo agropecuario INEGI 2007, en México se contabilizaron más de 979 mil unidades de producción de ganado porcino. De estas unidades de producción porcino un 59.3% se dedica a la engorda. Un 15.0% produce lechones (cerdos menores a 8 semanas), otro 15.0 % mantiene vientres con ciclo completo y un 10.7% cuenta con sementales. En los últimos años la producción porcina se ha visto afectada en los inventarios actuales, sin embargo la acumulación de excretas producidas a provocado, un Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 1 aumento en los niveles de nitrógeno y fósforo que se aportan al suelo, lo que supone un exceso de dichos elementos sobre las necesidades de las plantas. Al mismo tiempo, se tiene un aumento en las emisiones de amoniaco al medio ambiente, y por consiguiente el mal olor que estos emiten. Esto como el resultado del mal manejo o en algunos casos nulo de los residuos generados. Resaltando la importancia de conceptualizar la excreta, que factores afectan la cantidad y calidad de la misma, para de aquí, clasificarla y conocer sus características nutricionales, previendo su impacto negativo al medio ambiente y/o considerar al residuo como una oportunidad, brindando manejo y tratamiento a la misma. Este manejo y tratamiento de las excretas se conjunta en un Sistema Integral de Producción Sostenible (SIPIS), el cual se compone de alternativas de manejo de residuos en granjas porcinas, como a) ensilado de cerdaza, b) composta y vermicomposta, c) biodigestores y tratamiento de aguas residuales, 2 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. caracterizados por su fácil adopción en pequeñas y medianas granjas de cerdos, a un costo razonable, que trabajando en coordinación dichas tecnologías generan subproductos (ingredientes alimenticio, abonos orgánicos, biogás y agua residual tratada). SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE GRANJAS PORCINAS. CONSIDERACIONES GENERALES. En toda explotación porcina es importante considerar algunos aspectos, que conlleve a que los cerdos encuentren un área de confort y desarrollen todas sus características productivas, generando mejor calidad de productos y por ende mejor ingresos por ventas. a. Ubicación de piara. El lugar idóneo para establecer una unidad de producción porcina es en el medio rural, alejado de zonas urbanas. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 3 b. Diseño de granja. En una granja moderna de ciclo completo la principal infraestructura se encuentran en un área totalmente cercada para evitar entrada de personas y animales, contar con instalaciones y construcciones adecuadas (entrada a la explotación, recepción y oficina, caseta de gestación y maternidad, área de destete, crecimiento-desarrollo y finalización, teniendo en cuenta un buen sistema de drenaje en todas las casetas, con el objeto de colectar la mayor cantidad de residuos sólidos y líquidos, para someterlos a un buen proceso (manejo y/o tratamientos), y destinar estos a la mejor utilización ya como subproductos transformados (Figura 1 y 2). c. Programas higiénicos y sanitarios estrictos. Con la finalidad de reducir mortalidad en todas las etapas productivas y controlar las enfermedades. d. Ciclo productivo del cerdo. Para todo porcicultor es de gran importancia conocer el ciclo de producción 4 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. porcina, desde su nacimiento hasta que es llevado a mercado, siendo esencial el manejo de todas las etapas, para hacer rentable la actividad. e. Disciplinas afines. Seguir las buenas prácticas de disciplinas afines (nutrición, alimentación, reproducción, genética , sanidad. f. Comercialización. Conocer las tendencias de demanda y oferta del producto (precio de venta a pie y en canal). Figura 1. Instalaciones, casetas de engorda. Figura 2. Instalaciones, casetas de maternidad. g. Manejo Integrado de Residuos Sólidos y Líquidos. Manejo y aprovechamiento integral de residuos or- Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 5 gánicos bajo un enfoque de sostenibilidad, se consideran alternativas de manejo de residuos en granjas porcícolas (Figura 3 y 4). h. Normatividad. Cumplir con las obligaciones fiscales y sanitarias vigentes. i. Capacitación de personal. Poner atención a la mano de obra necesaria para hacer una labor de primera clase (Galindo et al., 2013). 6 Figura 3. Comercialización de cer- Figura 4. Módulo manejo integrado dos en pie. de residuos pecuarios. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. SISTEMAS DE CRIANZA. De acuerdo a la finalidad de crianza de cerdos, las granjas se dividen en 4 tipos: 1) Ciclo completo, 2) Productores de pie de cría, 3) Productores de lechones y 4) Productores de cerdo de Engorda. La granja de Ciclo Completo es cerrada, hembras y machos ingresan en un determinado tiempo, los lechones nacen, se destetan, crían y se engordan en la misma granja hasta que alcancen el peso a mercado. La granja Productores de pie de cría se compone de hembras reproductoras y/o sementales, donde se establecen programas de genética, las cuales se especializan en la producción de progenitores para su venta a otras granjas comerciales. Las granjas Productores de lechones también se componen de hembras y/o machos, en donde los lechones nacen y salen a venta, manteniendo a los progenitores en dicho sitio. La granja Productores de cerdos de engorda no hay hato reproductor, los destetes se llevan a la granja a los 25-30 Kg., y se les en- Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 7 gorda hasta el peso a mercado (Taiganides et al., 1996; Navarrete et al., 2009). En los sistemas de producción porcina, cualquiera que se elija, los aspectos de producción y manejo de la granja son esenciales para la obtención de parámetros productivos idóneos. Aunado a que los cerdos deben de ser alojados en instalaciones de acuerdo con el sistema de producción en que se les explota. 1. Instalaciones tecnificadas: Los porcinos son criados en granjas generalmente grandes que pueden llegar a tener más de 100,000 cerdos de diferentes edades, están ubicados en instalaciones automatizadas, además de que utilizan lo último en tecnología para su producción. Generalmente los animales producidos en este sistema van a los mercados de las grandes ciudades como Guadalajara y el Distrito Federal, entre otras. Los procesos de limpieza y recolección de residuos se rigen por la infraestructura con la que cuentan estos sistemas, siendo en la mayoría de los 8 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. casos contraproducente, ya que en el proceso de lavado de la granja no se obtiene el máximo de potencial de las excretas, para su transformación. 2. Instalaciones tradicionales o semitecnificadas: Los cerdos son criados en explotaciones de diferente tamaño, donde tienen desde 100 animales en adelante y su objetivo es la venta del ganado para abasto. A diferencia de las instalaciones tecnificadas, estas instalaciones son tradicionales y no usan lo último que hay en tecnología para esta especie. Este tipo de producción se ajusta para la implementación de buenas prácticas de manejo, dentro de la línea de producción, así como el manejo de residuos, debido a que las instalaciones se prestan para la limpieza y recolección de residuos, aprovechando al máximo su potencial nutritivo para su transformación, resaltando que esta actividad se realiza principalmente en los estados del centro del país como Guanajuato, Michoacán, Jalisco y el Estado de México. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 9 3. Traspatio, sistema rural o de autoabastecimiento: Los porcinos son mantenidos en corrales rústicos construidos sin tecnología alguna con materiales de la región. Este tipo de producción se da principalmente en las zonas rurales de nuestro país y son explotaciones de pocos animales, en la mayoría de los casos no pasan de 10. Estos animales son como alcancías para sus dueños, porque los venden cuando necesitan dinero, o los consumen cuando hay fiestas. En la mayoría no existe ningún manejo de los residuos generados en este tipo de sistema, más aún potencializan el grado de contaminación, sin embargo son candidatos ideales para el desarrollo e implementación de buenas prácticas de manejo de excretas (Lastra et al., 2000; Navarrete et al., 2009; FIRA, 2012; Galindo et al., 2013) En todos los casos anteriores, depende del entorno en proporcionar los insumos para el desarrollo de dicha actividad, y resaltar que en los tres casos la explotación de cerdos en confinamiento, se suma al daño y deterio- 10 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. ro que actualmente tienen los recursos naturales, contaminación del aire, suelo y agua, a raíz de los gases emitidos de las heces y orina (residuos), generados en los “procesos de producción”, que hace necesario poner en práctica acciones de conservación dirigidas a recuperar y manejar dichos “residuos” adecuadamente con el fin de asegurar su disponibilidad futura (León 1995; Mariscal 2004). POBLACIÓN ANIMAL. Conocer la población animal en cada una de las etapas de la granja, es de vital importancia, no solo es conocer el número de vientres, es relevante calcular el número exacto de materia fecal a partir de cada animal, dependiendo de la etapa fisiológica en la que se encuentra y así calcular el total de excretas de todas las etapas de producción, esto ayudara a planificar las metas y objetivos dentro de la misma explotación. Se han realizado varios estudios de años atrás para estimar la cantidad de materia fecal (Cuadro 1) incluyendo Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 11 las heces, orina y agua: (Gadd, 1973; Perez, 1992; Penz, 2000). Cuadro 1. Producción diaria de excretas según el tipo de cerdo Estiércol kg/día Est. + orina kg/día Volumen l/día Volumen m3/animal/ mes 25-100 kg 2.3 4.9 7.0 0.25 Hembra 3.6 11.0 16.0 0.48 H. lactación 6.4 18.0 27.0 0.81 Semental 3.0 6.0 9.0 0.28 Lechón 0.35 0.95 1.4 0.05 Promedio 2.35 5.8 8.6 0.27 (Mariscal, 2004). CONCEPTUALIZACIÓN DE LAS EXCRETAS. Para intentar una mejora en el manejo y utilización de las excretas es necesario que se conozca con más precisión lo que son. Un modo simple de lograrlo, es sabiendo dónde, cuánto, cómo y a partir de que se origina. Hay dos formas de cómo se pueden considerar 12 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. las excretas: Como desecho de la alimentación de los animales sin pensar en ningún tipo de tratamiento, o bien como materia para reciclaje. 1. Como desecho de los animales: Su origen está en los alimentos que se proporcionan a los animales, de los cuales el organismo toma los nutrientes necesarios para su mantenimiento, producción y reproducción; se le agregan elementos de la digestión no utilizados por el metabolismo, los cuales ya mezclados se expulsan fuera del mismo y dan como resultado las heces y orina (Salazar, 2004). 2. Como materia prima para procesos de reciclaje: Tiene como origen las heces y orines recién expulsados, los cuales están constituidos por el sobrante del alimento ya digerido pero no utilizado por el organismo, aparte se le suman desperdicios como camas, residuos de comida o material añadido de forma deliberada para aumentar la materia seca y así asegurar satisfactoriamente su manejo durante Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 13 el almacenamiento y transporte (Grundey, 1982), viéndose afectado por el tipo de alimento y por el organismo en el cual se ha formado (Salazar, 2004). Este último concepto nos lleva a profundizar más en el tema de las características nutritivas de las excretas y como repercuten algunos factores en su composición, impactando de forma positiva en implementación de alternativas para mejoras o impactando de manera negativa, deteriorando el entorno debido a su poder contaminante (Salazar, 2004) FACTORES QUE AFECTAN LA CANTIDAD Y CALIDAD DE LAS EXCRETAS. Es importante tener en cuenta que la cantidad producida de excretas varía básicamente por los factores ligados al alimento y el animal (etapa fisiológica), y ligados a las instalaciones (diseño y equipo). De la misma forma es imprescindible conocer los factores que afectan directamente su composición (calidad), 14 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. dichos factores son los siguientes (Salazar, 2004; Mariscal, 2004). 1. - El alimento: a. Cantidad de alimento b. Composición del alimento (Sistema de formulación) c. Calidad del alimento (Sistema de formulación) d. Estado del alimento (Vida de anaquel y almacenamiento) 2. - El animal: a. Estado de salud animal b. Edad del animal c. Etapa fisiológica 3. - Manejo e instalaciones a. Manejo de los animales y condiciones bajo las cuales se produce el estiércol. b. Duración y condiciones de almacenamiento. c. Tipo de instalaciones (piso sólido; piso de rejilla, etc.). Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 15 Los dos primeros factores influyen directamente sobre la cantidad y composición química de las excretas, ya que el animal no utiliza todos los nutrientes contenidos en el alimento (Dourmand, 1991); la cantidad que absorbe el animal depende de la composición nutritiva del alimento y de la capacidad del animal por fijar (depositar) los diferentes nutrimentos, principalmente el nitrógeno y el fósforo. Por lo que la composición química y por lo tanto el poder contaminante de las excretas es muy variable y depende básicamente de la calidad del alimento, del programa de alimentación y de la capacidad productiva de los cerdos de una granja. Por su parte, los factores ligados a las instalaciones afectan principalmente el contenido de agua de las excretas, así como la emanación de gases (Figura 5, 6 y 7). Es tal la cantidad de variables, que parecería difícil saber cuál es la composición del estiércol; sin embargo, como el tipo de explotación que predomina actualmente es intensivo, se cuentan con grandes cantidades de cerdos de la misma edad, actividad productiva y sexo, que además están consumiendo los mismos tipos de alimentos, elaborados con las mismas materias primas y 16 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. alimentados con los mismos programas, lo cual hace más sencilla la determinación de la composición del estiércol (Salazar, 2004; Mariscal, 2004). Figura 5. Tipo y calidad de alimento Figura 6. Edad y etapa fisiológica del animal. Figura 7. Manejo e instalaciones. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 17 CLASIFICACIÓN DE LAS EXCRETAS Y SUS CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES. Los principales ingredientes de los residuos de una granja son las excretas (heces y orina), agua con excreta, alimento desperdiciado, suelo y otros elementos por lo que, de acuerdo a su forma física se clasifican en: 1) Sólidos: que son de forma pastosa, color café oscuro y en promedio con un 60 % de humedad (excreta fresca y sin mucha presencia de orina), considerando en una granja porcina las de mayor volumen debido al gran número de animales, ya que se contabiliza la excreta de las casetas de destete, crecimiento, desarrollo y engorda (Figura 8), sumando la excreta del área de reproductoras (gestación y maternidad), donde la característica del residuo es que es más fibrosa , con menor porcentaje de humedad; 2) Semisólidos: es la proporción de 50% sólido (excreta fresca del recto) y 50% orina (Figura 9), considerando una buena fuente de nutrientes y de metabolitos, aunque por su forma es complicado de manejar, existien méto- 18 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. dos de tratamiento, y de acuerdo al sistema de limpieza de la granja, se puede obtener de diferentes etapas productivas; 3) Líquidos: donde el mayor porcentaje lo representa el agua que se mezcla con las excretas de acuerdo al tipo de sistema de lavado que se implementa en la granja porcina (Figura 10), de igual forma se conocen alternativas de manejo, la fuente de este tipo de residuo es basto, ya que puede ser de cualquier área productiva dentro de la misma granja (Taiganides et al., 1996) Las residuos sólidos son las que permanecen por más tiempo dentro de las instalaciones de la granja y son los que tardan más en degradarse por la materia sólida que contienen y se clasifican en: 1) Orgánicos: representando el 90%, compuesto de microorganismos (no patógenos y patógenos), los cuales pueden beneficiar o perjudicar al residuo, con tratamiento y sin tratamiento, respectivamente. Además contienen enzimas y aminoácidos, y tanto los microorganismos como estos últimos, son consi- Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 19 derados como materia volátil, que es la que afecta los recursos naturales. 2) Inorgánicos: representan el 10% de algunos metales (arsénico, cobre, boro, etc) y materia inerte (cenizas), que sin tratamiento de estos residuos se acumulan, afectando a cuerpos de agua, suelo y aire. De acuerdo con Gómez et al., 2011, el residuo sólido se encuentra en tres estados diferentes: fresco, maduro y viejo: Residuo fresco: Es el que acaba de eliminar los animales, tiene una consistencia pastosa, olor fuerte, y es de color marrón, variando estas características de acuerdo con la dieta del animal, conteniendo 18.1 % de proteína. Residuo maduro: Tiene de 10 a 18 días de haber sido excretado por los animales, su consistencia es semipastosa, de color café oscuro o pardo, su olor es menos fuerte que el residuo fresco y el pH varía entre 7 y 8. Con pérdida de nitrógeno en forma de amoniaco. El grado de humedad disminuye por lo que se facilita su manejo para someterlo a un proceso de reciclado. 20 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. Residuo viejo: Tiene más de 20 días de haber sido excretado por los animales, es de consistencia dura y se desmorona al apretarlo con la mano. Tiene menor concentración de proteína (14.3%) por la pérdida de nitrógeno, su pH es variable y contiene pocos nutrimentos. Cualquier aspecto físico, forma y estados, las excretas pueden generar residuos gaseosos (amoniaco, sulfuro de hidrógeno, metano y bióxido de carbono) representando riesgos directos de salud a los trabajadores y a los mismos cerdos de la explotación. Figura 9. Excreta semilíquida. Figura 8. Excreta sólida. Figura 10. Excreta líquida. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 21 COMPOSICIÓN DE LAS EXCRETAS. EXCRETAS SÓLIDAS. De acuerdo a la forma, las excretas sólidas son las más abundantes, el sistema de extracción influye en la consistencia de estas, y es que, el modo recomendable para conservar esta forma de las excretas y la mayor cantidad de los nutrientes, es el barrido o paleado manual y acarreo mecánico. Siendo importante determinar o analizar las características nutritivas de las excretas. Sea cual sea el nivel de tecnificación de una granja, los cerdos no utilizan el 100 % de los nutrimentos consumidos, en proporción se excreta del 45 al 60% de Nitrógeno, de 50 a 80 % del calcio y fósforo, y de 70 a 95 % del potasio, sodio, magnesio, cobre, zinc, manganeso y hierro. Que sin ningún tratamiento son considerados un problema ambiental y sanitario para los mismos animales y humanos, dado su potencial contaminante (Castellanos et al., 2010). Pero también se 22 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. considera al residuo una fuente potencial de nutrientes para implementar estrategias de reutilización y reducir el impacto de estos nutrimentos sobre la contaminación de los cuerpos receptores. Dos son los elementos principales a considerar en las excretas sólidas frescas, como lo es el Nitrógeno (N) y Fosforo (P). Desde que el animal ingiere alimento, hasta como es excretado. El N es un elemento esencial en la producción animal, interviniendo en el crecimiento y desarrollo del mismo y más aún este nutrimento es indispensable para la mayoría de las plantas o cultivos forrajeros, la mayoría de este nutriente es excretado en el estiércol, siendo esto último relevante para la agricultura, convirtiéndose en problema cuando grandes cantidades de N saturan el suelo y contribuyen a la degradación del ambiente (Rotz, 2004 citado por Ruvalcaba 2012). El P en el animal actúa en el sistema óseo, siendo parte esencial en moléculas, ácidos nucleicos, fosfoproteínas, coenzimas y ligadura de gran contenido energético (Shimada, 2009), los cerdos solo pueden digerir de forma natural un tercio del Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 23 fosforo contenido en las plantas; el resto lo excretan en las heces (Cuadro 2), esto contribuye de forma significativa al aumento de la carga contaminante de las deyecciones porcinas (Kim y Lei 2005). Cuadro 2. Excreción anual de nutrimentos Animal Lechón Crecimiento Engorda Finalización H. gestante H. Lactante Semental N kg/año 2.6 5.0 11.3 15.0 10.4 38.1 12.7 P kg/año 0.9 1.6 3.7 5.0 3.5 12.7 4.3 K kg/año 1.7 3.2 7.3 10.0 6.8 24.9 8.6 Vanderholm, 1979 Por su alto contenido nutrimental, el principal problema de las excretas es la contaminación, debido a la perdida de grandes cantidades de Nitrógeno, Fosforo y Potasio, siendo este, el principal reto de los productores, debido a la gran cantidad que se produce diariamente. Típicamente se pueden encontrar cantidades variables de los diferentes nutrientes; sin embargo, existen, constantes que dan ciertas cualidades deseables al estiércol 24 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. porcino. Las fracciones más importantes que se pueden encontrar en los reportes son el extracto libre de nitrógeno (ELN) y la proteína cruda (PC) debido a su posibilidad de rehúso como nutrientes para el ganado y para el suelo; también es importante la fibra cruda (FC) como nutrimento animal o como mejorador de suelo (Cuadro 3). En conjunto, estos elementos hacen un gran aporte de materia orgánica a los suelos agrícolas, lo mismo que la gran cantidad de cenizas, cuya composición en el caso del estiércol porcino resulta de gran interés para el agricultor (Salazar, 2004). Cuadro 3. Composición nutritiva de excretas porcinas sólidas en base a % de la M.S Concepto Materia Seca Proteína Cruda Extracto Etéreo Fibra Cruda Cenizas Extracto Libre de Nitrógeno Calcio Fósforo Nutrientes digestibles totales Pared celular % 26.43 15.87 4.69 17.52 12.05 49.87 .61 1.36 71.20 44.00 (Cobos et al., 1988). Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 25 EXCRETAS LÍQUIDAS. Para determinar el volumen total de agua que una granja de cerdos necesita se considera la que los cerdos requieren para satisfacer sus necesidades diarias varia de 0.12 a 0.22 litros de agua por Kg. de peso vivo por día, además varia por la etapa fisiológica en que se encuentran los cerdos, a esto, sumamos la gran cantidad de agua que se desperdicia en los corrales, por lo que se tiene que considerar cuánta agua se requiere para el lavado y desinfectado de las casetas, calculando el total de agua que requiere una granja de ciclo completo, la mezcla de esta agua y la mínima parte de excreta sólida, resulta en la forma líquida de las excretas y de las cuales se tienen que considerar análisis nutrimentales para brindarle tratamientos y manejos adecuados aprovechando su potencial nutritivo. A este nivel de contar con una gran cantidad de agua residual derivada de la granja, un buen sistema de recolección es el diseño de un carcamo (tanque de concreto) donde se descarga toda por medio de canales o tubería especializada para después bombearla hacia las alternativas de 26 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. tratamiento corriente abajo, y en donde se contempla un sistema de tipo anaerobio y/o complementarla con un tren de fosas de sedimentación (Taiganides et al., 1996) Cuadro 4. Composición nutritiva de excretas líquidas porcinas (%). Macronutriente Nitrógeno Total Fósforo Total Unidad % % 0.41 0.19 Potasio (como K2O) % 0.14 Relación C/N 3.55 Materia Orgánica % 2.65 Humedad Cenizas PH CE SST % % 96.80 0.55 6.28 12.49 35482 dS/m mg/L CE=Conductividad Eléctrica. dS/m= deSiemens por metr. SST=Sólidos Suspendidos Totales. mg/L.=Miligramos por litro INFORME SEMESTRAL FGP 2014. Si no se tiene un buen programa y proceso de manejo de residuos, se corre el riesgo de empobrecer el valor nutritivo o el poder fertilizante del estiércol (Cuadro 4), Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 27 ocasionado por la pérdida de sus componentes. Existen algunas técnicas inadecuadas de manejo de residuos más comunes y usados entre los productores por las cuales las excretas pierden su valor y por ende aumentan su poder contaminante al entorno. PÉRDIDA DE NUTRIMENTOS. Existen tres caminos por los cuales los nutrimentos en el estiércol se pierden; por lavado, en forma de gases o filtración del líquido: • Por lavado: La mayoría de las pilas o fosas que contienen el estiércol en las granjas porcinas, se encuentran al aire libre, permitiendo que la lluvia disuelva los nutrimentos solubles. • Pérdidas de gases: En esta se pierde casi el 10%, en forma amoniacal, y nitrógeno gas (Figura 11 y 12). • Filtración: Pérdidas de líquido desde el interior de la pila hacia el suelo. 28 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. Figura 11. Pérdida de nutrimentos, Figura 12. Pérdida de nutrimentos por lavado y/o en forma de gases.. por filtración. En realidad, estas pérdidas no se pueden prever, pero el sentido común sugiere que pueden minimizarse por: • Almacenamiento del estiércol en una plataforma de hormigón. • Haciendo una pila profunda y compactarla. • Alterándolo lo menos posible. • Cubriéndolo para protegerlo de la lluvia. ALTERNATIVAS DE MANEJO DE RESIDUOS EN GRANJAS PORCINAS. Considerando la clasificación y características nutritivas de las excretas como materia prima para procesos de reciclaje en granjas porcinas (Figura 13), se toma Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 29 como tema central el “Manejo y Aprovechamiento Integral de Residuos Orgánicos Bajo un Enfoque de Sostenibilidad”, el manejo que se haga de las excretas es primordial, ya que un mal manejo o nulo representa un mayor grado de contaminación, la elección de los sistemas alternativos de manejo de excretas es acorde a las características de las explotaciones, considerando la integración de alternativas. (Salazar-Gutiérrez, 1993; Salazar-Gutiérrez, 1996; Martínez et al., 2009). Figura 13. Forma física de las excretas Figura 14. Proceso de excreta sólida, lavado manual (Ensilado de cerdaza) 30 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. Figura 15. Proceso de excreta de caseta de gestación (Composta y vermicomposta) Figura 16. Proceso de excreta líquida (Sistema de generación de biogás y tratamiento de aguas residuales). El Sistema Integral de Producción Sostenible (SIPIS), toma como base a la porcicultura (Figura 17). Para obtener el 100% de los residuos, depende de los sistemas de lavado utilizados y las instalaciones de las granjas. De acuerdo al sistema utilizado de limpieza se obtendrá cierta cantidad de excreta, rediciendo en lo posible el uso del recurso “agua”, siendo un factor importante dentro del SIPIS. Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 31 Figura 17. Sistema de Producción Integral Sostenible. (Salazar, 2004; Xelhuantzi et al., 2012; Domínguez et al., 2012; Galindo et al., 2013). De la línea de producción porcina (área de destete-finalización), la característica del residuo es sólido de consistencia pastosa, lo que es ideal para el proceso de fermentación anaerobio denominado “Ensilado de cerdaza” (Figura 14), resultando en un ingrediente para la alimentación animal, utilizado en diferentes especies pecuarias (Salazar, 2004; Galindo et al., 32 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 2012 ; Avalos et al., 2012). Otro residuo sólido pero de consistencia fibrosa, es la que se genera de la línea de reproducción porcina (gestación y reproducción), sometiendo dicho residuo al proceso de “Composta y vermicomposta” (Figura 15), obteniendo bio-fertilizantes, ya sea para comercialización o autoconsumo y usado en actividades agrícolas, actuando como mejorador de suelos y aportación de nutrientes a las plantas (Xelhuantzi et al., 2010) Implementando estos alternativas de manejo para los residuos sólidos, se ha demostrado la disminución del gasto de agua (Salazar, 2004). Para los residuos de condición líquida, que se generan en las granjas porcinas se considera al proceso de “Sistema de generación de biogás” (Figura 16), del cual los beneficios son 3 subproductos, los cuales sirven de base para la implementación de otro proceso o sistema. El biogás: utilizado normalmente como gas para la combustión y/o generación de energía eléctrica; Los lodos: que debido al proceso de digestión es una buena fuente de bacterias benéficas que sirven como promotor para acelerar procesos de Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 33 compostaje y El agua tratada: que puede ser reutilizada en las mismas instalaciones y/o para el riego de cultivos dentro de las mismas explotaciones (Domínguez et al., 2010). Estas tecnologías en su conjunto derivan en diferentes impactos: ○○Concientización de que los residuales en este caso, son materia prima que genera utilidades, cumpliendo a la par con la mejora del medio ambiente. ○○Asignación de un valor agregado a los residuos (subproductos) interesante en estos momentos de crisis en la cadena porcícola generados en los sistemas alternativos. ○○Incremento de la rentabilidad en su conjunto al crecer la difusión y en consecuencia la adopción del Sistema Integral de Producción Sostenible. 34 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. ○○Amplitud de buenas prácticas de manejo de producción y en consecuencia la diversificación de los ingresos por la generación de subproductos. ○○Disminución real del potencial contaminante de los residuales generados en el módulo, integrándolos a una ruta crítica de manejo racional, considerando la disminución de su impacto contaminante, así como el concepto de descarga “0”. RECOMENDACIONES. Es importante conocer los sistemas de manejo y alternativas de tratamientos de residuos de las granjas porcinas, porque derivado de un buen manejo se obtendrá una buena limpieza de corrales y por ende características nutritivas ideales de las excretas, que como se refiere en el título de este folleto es la materia prima para el desarrollo de procesos de reciclaje, derivando en subproductos que serán utilizados en las actividades agropecuarias. Esto aunado a la Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. 35 integración de forma conjunta las diferentes alternativas de manejo de residuos que ofrece el Sistema de Producción Integral Sostenible, brindando manejo y tratamiento al 100% de los residuos generados en una granja, donde el resultado o subproducto derivado de una tecnología, sea ligado para la activación o complementación de otra alternativa. Cerrando flujos de producción de subproductos, creando esquemas alternos de trabajo. BIBLIOGRAFÍA. ○○Avalos-Castro M. A., G. Domínguez-Araujo, A. J. Galindo-Barboza, J. M. Ruvalcava-Gómez, L. E. Arias-Chávez, G. Salazar-Gutiérrez. 2012. Effect of swine manure silage addition in the diets of dairy cows on the productive parameters and phisycalchemical characteristics of the milk. Trabajo en extenso, en memoria científica del 3er congreso nacional de mitigación. pp 127-136. 36 Las excretas porcinas como materia prima para procesos de reciclaje utilizados en actividades agropecuarias. ○○Carrero-González, H. 2005. Manual de producción porcícola. 2da. Ed. ○○Castellanos-Aceves A., Salazar-Gutiérrez G., Hernández-Morales P., Domínguez- Araujo G., Barrera-Camacho G. 2010. Uso del ensilado de cerdaza en la alimentación animal. Folleto para productores. INIFAP. Campo Experimental Centro Altos de Jalisco, México. ○○Cobos, P M. 1989. Tecnología de ensilados. 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JESÚS AGUILAR PADILLA Subsecretario de Agricultura PROF. ARTURO OSORNIO SÁNCHEZ Subsecretario de Desarrollo Rural LIC. RICARDO AGUILAR CASTILLO Subsecretario de Alimentación y Competitividad ING. JAVIER GUIZAR MACIAS Delegado de la SAGARPA en Jalisco INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS DR. LUIS FERNANDO FLORES LUI Director General DR. MANUEL RAFAEL VILLA ISSA Coordinador de Investigación, Innovación y Vinculación DRA. BERTHA PATRICIA ZAMORA MORALES Encargada del Despacho de los asuntos de la Coordinación de Planeación y Desarrollo MTRO. EDUARDO FRANCISCO BERTERAME BARQUIN Coordinador de Administración y Sistemas LIC. ELISA CONCEPCIÓN ELGUÉZABAL DÁVILA Titular de la Unidad Jurídica CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL DEL PACÍFICO CENTRO DR. JOSÉ ANTONIO RENTERIA FLORES Director Regional Pacífico Centro DR. GERARDO SALAZAR GUTIÉRREZ Director de Investigación Regional Pacífico Centro M.C. PRIMITIVO DÍAZ MEDEROS Director de Planeación y Desarrollo LIC. MIGUEL MÉNDEZ GONZÁLEZ Director de Administración M.C. RAMÓN HERNÁNDEZ VIRGEN Jefe del Campo Experimental Centro Altos de Jalisco CÓDIGO INIFAP MX-0-310408-08052509-06 Esta publicación se imprimió con apoyo financiero de la Fundación Guanajuato Produce, A.C., mediante los proyectos No. FGP 595/13 SIFP Titulado. “Adopción de tecnología para el saneamiento y reutilización de aguas residuales y subproductos generados en la actividad pecuaria en el área de influencia del Distrito de desarrollo rural 005 en el Estado de Guanajuato, y el No. 573/11 SIFP 11-2011-0020Tecnologías Sustentables y Accesibles para el Sector Porcícola que lo Hagan Sostenible y Contribuya a Mitigar el Cambio Climático en Guanajuato”. http://www.fundacionguanajuato.com Campo Experimental Centro Altos de Jalisco M.C. Ramón Hernández Virgen Jefe de Campo Lic. Sandra Lucia Vega Íñiguez Jefe Administrativo Personal Investigador Biol. Ivone Alemán de la Torre M.C. Luis Eduardo Arias Chávez Dr. Rodolfo Barretero Hernández Dr. Juan de Dios Benavides Solorio M.C. Álvaro Agustín Chávez Durán Dra. Celia de la Mora Orozco M.C. Gerardo Domínguez Araujo M.C. Eliab Estrada Cortes Dr. José Germán Flores Garnica Dr. Hugo Ernesto Flores López M.C. Alberto Jorge Galindo Barboza M.C. Javier Ireta Moreno M.C. Alejandro Ledesma Miramontes M.C. David Liceaga Rivera Dr. Miguel Luna Luna M.V.Z. Raúl Martínez López M.C. David Arturo Moreno González Dr. Juan Francisco Pérez Domínguez Dr. José Luis Ramírez Díaz Biol. Gabriela Ramírez Ojeda M.C. Ernesto Alonso Rubio Camacho Dr. Agustín Rueda Sánchez Dr. José Ariel Ruiz Corral M.C. Santiago Ruiz Ramírez Ing. José Martín Ruvalcaba Gómez Dra. Yolanda Salinas Moreno Ing. Mario Antonio Vega Loera Ing. Jorge Humberto Villarreal Rodas M.V.Z. Fernando Villaseñor González Biol. Jaqueline Xelhuantzi Carmona Maíz Leche Carne de Rumiantes Manejo Forestal Sustentable y Servicios Ambientales Incendios Forestales Manejo Integral de Cuencas Carne de Cerdo Leche Incendios Forestales Manejo Integral de Cuencas Carne de Cerdo Trigo y Avena Maíz Carne de Rumiantes Pastizales y Cultivos Forrajeros Leche Manejo Forestal Sustentable y Servicios Ambientales Hortalizas Maíz Agrometeorología y Modelaje Manejo Forestal Sustentable y Servicios Ambientales Plantaciones y Sistemas Agroforestales Agrometeorología y Modelaje Maíz Leche Maíz Pastizales y Cultivos Forrajeros Leche Leche Incendios Forestales Se terminó de imprimir en Noviembre 2014 En los talleres Gráficos de Prometeo Editores, S.A. de C.V. Libertad 1457, Col. Americana, Guadalajara, Jalisco C.P.44160 Tel. 01(33) 38262726 E-mail: prometeoeditores@prodigy.net.mx El tiraje fue de 500 ejemplares Impreso en México Centros Nacionales de Investigación Disciplinaria, Centros de Investigación Regional y Campos Experimentales Sede de Centro de Investigación Regional Centro Nacional de Investigacion Disciplinaria Campo Experimental WWW.INIFAP.GOB.MX Sea cual sea el nivel de tecnificación de una granja, los cerdos no absorben el 100 % de los nutrimentos consumidos, en proporción se excreta del 45 al 60% de Nitrógeno, de 50 a 80 % del calcio y fósforo, y de 70 a 95 % del potasio, sodio, magnesio, cobre, zinc, manganeso y hierro. Por el cual se considera al residuo una fuente potencial de nutrientes para implementar estrategias de reutilización y reducir el impacto negativo de estos nutrimentos sobre la contaminación de los cuerpos receptores (agua, aire y suelo). Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias