Adaptación del uso de la conductividad eléctrica (CE) para determinar de forma rápida el contenido en nutrientes del purín porcino en Catalunya.
Publicado: 20 de diciembre de 2014
Por: Joan Parera Pous i Núria Canut Torrijos (GESFER Gestió de la fertilització agrària de Catalunya); Francesc Domingo Olivé i Carles Mallol Nabot (Pla per la millora de la fertilització agrària a les comarques gironines. IRTA-Mas Badia) España
Resumen
El destino tradicional del purín de cerdo ha sido mayoritariamente la aplicación agrícola. Conocer en el momento de la aplicación la cantidad de nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) es necesario para saber el volumen de purín a aplicar según las necesidades del cultivo. Desde 2007 en Catalunya se lleva a cabo un proyecto de caracterización y medida rápida de nutrientes (NPK) del purín porcino. Hasta el momento se han recogido un total de 323 muestras de diferentes tipologías de producción (engorde, madres y ciclo cerrado) recogidas en diferentes zonas geográficas. Sobre las muestras recogidas en campo se determinó la conductividad eléctrica in situ, y en laboratorio el contenido en materia seca, nitrógeno total kjeldahl, nitrógeno amoniacal, fósforo y potasio total.
El 70% del nitrógeno del purín de porcino se encuentra en forma amoniacal. El contenido en nutrientes del purín es muy variable, según su procedencia. El contenido medio en nitrógeno del purín procedente de explotaciones de engorde es de 5,88 kg m-3 y de 3,41 kg m-3 el de explotaciones de madres.
Se ha encontrado una relación lineal entre la conductividad eléctrica (CE) y el contenido en nitrógeno total, nitrógeno amoniacal y potasio del purín de porcino con un coeficiente de correlación superior a 0,65. La correlación no es mejor si se estudian las diferentes tipologías de producción por separado. El uso de un conductímetro manual o un conductímetro instalado directamente en la cuba facilita conocer la dosis de aplicación en el momento de fertilizar el campo y por lo tanto mejora la gestión.
Palabras clave CE; gestión de deyecciones; N amoniacal; N total; purín de porcino.
INTRODUCCION
La mayor parte de los purines procedentes de explotaciones porcinas que se generan en Catalunya se gestionan como fertilizante orgánico aplicado directamente sobre la superficie agrícola (Teira, et al. 2008).
Actualmente la mayor parte de las zonas de Catalunya con una gran densidad ganadera están designadas como zona vulnerable según dispone la Directiva 91/676/CEE relativa a la protección de las aguas contra la contaminación producida por nitratos procedentes de fuentes agrarias.
A causa de la elevada variabilidad del contenido en nutrientes de los purines de porcino, es necesario disponer de herramientas para conocer el contenido de nutrientes de las deyecciones ganaderas de forma rápida, económica e inmediata en campo. Este hecho es más importante aún en zonas designadas vulnerables con una mayor presión para una gestión adecuada del nitrógeno en el ámbito agrario.
Diversos trabajos de ámbito internacional (Moral et al., 2005; Provolo y Martínez– Suller, 2007; van Kessel y Reeves, 2000) y en Catalunya (Marqués Miret, 2002) indican la existencia de una relación consistente, pero no universal, entre la conductividad eléctrica (CE) de los purines y su contenido en nutrientes (N, P y K), aunque en los mismos el número de muestras analizadas es limitado. Desde 2007 en Catalunya se lleva a cabo un proyecto para la caracterización, a partir de un número elevado de muestras de diferentes zonas geográficas catalanas, del contenido en nutrientes del purín de porcino y para el establecimiento de las relaciones entre la CE y el contenido en diferentes nutrientes de los purines. El objetivo final de establecer esta relación es poder estimar de forma rápida e in situ el contenido en nutrientes de los purines para favorecer una correcta gestión agrícola de los mismos. En este sentido, en el ámbito de este proyecto se ha impulsado el uso de conductímetros de campo manuales y automáticos (instalados en cubas de aplicación de purines) entre diferentes organismos y entidades de gestión agrícola conjunta de deyecciones ganaderas.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente trabajo consta de varias fases, no completamente secuenciales. En la primera fase se caracterizaron los purines respecto a su contenido en nutrientes y se determinaron las relaciones existentes entre la conductividad eléctrica (CE) y el contenido en nitrógeno, fósforo y potasio.
Desde inicios de 2007 y hasta abril de 2010 se recogieron un total de 323 muestras de purín procedente de explotaciones de diferentes tipologías de explotaciones porcinas (engorde, madres y ciclo cerrado) en 5 zonas geográficas diferentes de Catalunya (Parera et al; 2008). En concreto, durante el primer año (2007) se tomaron 102 muestras, 157 el segundo año (2008), 54 el tercer año (2009) y 10 entre enero y abril de 2010. Del total de muestras, 82 muestras provienen de explotaciones de ciclo cerrado, 135 de engorde y 95 de cerdas.
La recogida de las muestras se realizó inmediatamente después de llenar el tanque de aplicación en campo o durante la aplicación, en función de las características del tanque y disponibilidad del mismo para un adecuado muestreo del purín. Se recogieron tres o cuatro muestras simples que se mezclaron para formar la muestra definitiva con un volumen final recogido de 1 L.
En cada muestra se determinó la conductividad eléctrica, estandarizada a 25ºC, utilizando conductímetros móviles de campo, diferentes para cada zona o grupo de muestreo, y realizando hasta 5 medidas directamente en el purín, sin dilución previa, que se promediaron posteriormente. Por otra parte, en 70 muestras también se mesuró la densidad con un densímetro gravimétrico. La totalidad de las muestras se enviaron a laboratorio para la determinación de los contenidos en materia seca, densidad, nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, fósforo y potasio, siguiendo métodos de análisis homologados.
Se determinó la relación lineal existente entre la conductividad eléctrica a 25 ºC y cada uno de los contenidos en nutrientes mencionados (nitrógeno amoniacal y total, fósforo total y potasio total) mediante el procedimiento de análisis de regresión lineal del paquete estadístico SPSS®. Por otra parte, también se determinó la relación lineal entre la densidad y el contenido en fósforo del purín.
En una segunda fase (finales de 2008), se distribuyeron un total de 15 conductímetros portátiles, junto con una tabla que resumía la relación obtenida de forma preliminar entre la conductividad eléctrica y el contenido en nitrógeno (total y amoniacal) y en potasio, a diferentes entidades de gestión conjunta de deyecciones ganaderas con el fin de potenciar la práctica del uso de conductímetros para conocer el contenido en nitrógeno de los purines antes de hacer las aplicación en parcelas agrícolas y poder mejorar las tomas de decisiones en cuanto a las dosis de purín a aplicar en cada caso. Las entidades receptoras de estos conductímetros colaboraron en la recogida de nuevas muestras de purines, las de los años 2009 y 2010, para perfeccionar y validar las rectas establecidas de forma preliminar.
Finalmente, en una tercera fase se instalaron progresivamente 4 conductímetros automáticos (modelo Fertimeter ®) adaptados para su instalación directa en cubas de aplicación de purines y que permiten la introducción de las rectas de regresión
anteriormente determinadas en el monitor de control. Se evita así la necesidad de muestreo del purín contenido en la cuba antes de su aplicación en parcela y el monitor instalado en la cabina del tractor permite conocer directamente el contenido en nutrientes del purín y, en conjunto, se facilita la toma de decisiones sobre las dosis a aplicar en cada caso. Para el primer conductímetro automático instalado (2008) se analizó la correlación entre las lecturas realizadas por éste y por los conductímetros manuales y se observó la existencia de esta correlación aunque los resultados no eran completamente coincidentes entre los dos aparatos, probablemente a la falta de corrección de la CE por la temperatura en el caso del Fertimeter ® (Domingo et al., 2009).
anteriormente determinadas en el monitor de control. Se evita así la necesidad de muestreo del purín contenido en la cuba antes de su aplicación en parcela y el monitor instalado en la cabina del tractor permite conocer directamente el contenido en nutrientes del purín y, en conjunto, se facilita la toma de decisiones sobre las dosis a aplicar en cada caso. Para el primer conductímetro automático instalado (2008) se analizó la correlación entre las lecturas realizadas por éste y por los conductímetros manuales y se observó la existencia de esta correlación aunque los resultados no eran completamente coincidentes entre los dos aparatos, probablemente a la falta de corrección de la CE por la temperatura en el caso del Fertimeter ® (Domingo et al., 2009).
RESULTADOS
De las 323 muestras recogidas se eliminó 15 muestras después de realizar un diagrama de cajas para detectar los valores atípicos (outliers).
Composición química
El contenido de nutrientes del purín de cerdo presenta una gran variabilidad. Como promedio, el contenido de nitrógeno del purín es de 4,17 kg N m-3, aunque se han encontrado muestras con una concentración inferior a 1 kg N m-3 y muestras con un concentración superior a 9 kg N m-3 (Tabla 2).
En el contenido de fósforo y potasio también se observa una gran variabilidad.
Básicamente la variabilidad del contenido de nutrientes del purín, está muy directamente relacionada en factores como el tipo de abrevaderos y su mantenimiento, el contenido de proteína bruta y de sales del pienso, el sistema de limpieza, la
instalación de canalización del agua de lluvia, el sistema de refrigeración, la evaporación en función de la época del año, la geometría del almacenamiento de los purines (Teira, 2008)
instalación de canalización del agua de lluvia, el sistema de refrigeración, la evaporación en función de la época del año, la geometría del almacenamiento de los purines (Teira, 2008)
Por otra parte, si se analiza el purín según tipo de producción (engorde, madres y ciclo cerrado), se observa que el purín de cerdo de engorde se caracteriza por un contenido en nitrógeno amoniacal y total de 4,0 y 5,9 kg m-3 respectivamente, y un contenido en fósforo (P2O5) y potasio (K2O) de 3,2 y 4,4 kg m-3. Para los valores en que no se midió la densidad (236 muestras), se ha considerado una densidad teórica de 1.020 g L-1 para el cálculo de los nutrientes. (Tabla 3).
En el purín de las explotaciones de madres, el contenido de nitrógeno, fósforo y potasio es menos de la mitad que en el purín de engorde. En cambio, en las explotaciones de ciclo cerrado, como era de esperar, la riqueza en nitrógeno (3,5 kg Nm-3), fósforo (2,2 kg P2O5 m-3) y potasio (2,5 kg K2O m-3) del purín es superior a la de las explotaciones de madres pero menor que en el purín procedente de las explotaciones de engorde. Si se analiza el contenido de nitrógeno en el purín, éste mayoritariamente se encuentra en forma amoniacal (70% del nitrógeno), aunque según la procedencia del purín el contenido de nitrógeno amoniacal puede ser mayor. Por ejemplo, la media de nitrógeno amoniacal en el purín de madres llega al 77% del nitrógeno total (Figura 1)
Figura 1.- Forma química del nitrógeno según procedencia (explotaciones de engorde, ciclo cerrado y madres) (n: 305)
Por otra parte, al realizar un análisis de la varianza según tipo de producción se observa que, para todos los parámetros analizados excepto para la densidad, existen diferencias significativas (P<0,001) entre los diferentes tipos de producción. Y al realizar un análisis de contrastes post-hoc Turkey a P=95% para todos los nutrientes (N, P, K) con excepción del fósforo el contenido medio es diferente según procedencia (Cerdas, Ciclo cerrado y engorde). El contenido de fósforo no difiere entre la media de ciclo cerrado y madres.
Si se analiza la distribución de frecuencias del contenido de nutrientes del purín de cerdo de engorde, lo primero que se puede observar es que el 60% de las muestras contienen entre 3 y 5 kg m-3 de nitrógeno amoniacal y que el 60% de las muestras entre 4 y 7 kg m-3de nitrógeno total (Figura 2).
Cuando se realiza el análisis de frecuencia del contenido de nutrientes del purín de madres se observa que en casi el 90% de las muestras el contenido de nitrógeno está entre los valores superiores a 1 kg m-3 e inferiores de 4 kg m-3. Para el nitrógeno amoniacal la mayor parte de los valores son superiores a 1 kg m-3 e inferiores a 3 kg m-3. El contenido de fósforo es similar en la mayor parte de las muestras, ya que el 80 % de las muestras tiene un contenido cercano a los 2 kg P2O5 m-3 (Figura 3).
Finalmente en el caso de purín procedente de granjas de ciclo cerrado se observa que el contenido de nitrógeno tiene una gran variabilidad ya que el 90% de las muestras de purín analizadas tienen una concentración suprior a 2 e inferior a 5 kg por metro cúbico.
Pero el contenido de fósforo es muy similar al purín de granjas de madres donde el 66% de las muestras tiene un contenido de de 2 kg P2O5 m-3 (Figura 4).
Relación entre la conductividad eléctrica y los nutrientes analizados
La relación lineal entre la conductividad eléctrica (CE) y el contenido en N amoniacal, N total y K de los purines es estadísticamente significativa (p<0,0001) en todos los casos (Tabla 4 y Tabla 5) y la varianza explicada por este modelo es superior al 60%.
En el caso del fósforo (Tabla 5), aunque sí que existe una relación lineal estadísticamente significativa con la CE, la varianza explicada por este modelo es muy baja (5%).
Cuando se analizan por separado los distintos grupos de producción, la relación lineal entre la conductividad eléctrica y el nitrógeno total, nitrógeno amoniacal y potasio también es estadísticamente significativa (p<0.001), excepto para el fósforo. De todas formas, la varianza explicada por el modelo en estos casos es inferior al 60 % en los análisis según el tipo de producción, destacando el purín de engorde con una varianza explicada inferior del 5%. Por lo tanto, no mejoran al modelo que considera todos los tipos de producción conjuntamente.
Figura 5.- Relación entre la conductividad eléctrica (mS/cm) y el contenido en nutrientes del purín porcino (kg m-3) (n: 308)
A nivel práctico, la CE muestra una capacidad adecuada de predicción del contenido en N amoniacal, N total y K total de los purines de porcino utilizando las rectas de regresión obtenidas con todas las muestras conjuntamente. Los estudios de Moral et al. (2005), Provolo y Martínez–Suller (2007) y van Kessel y Reeves (2000) llegan a la misma conclusión, con una relación significativa entre la conductividad eléctrica y el contenido de nitrógeno (amoniacal y total) y potasio.
En los trabajos de Navés y Torres (1999) y de Marquès Miret (2002) sobre el purín de cerdo procedente de explotaciones porcinas de la comarca del Pla d’Urgell y del Baix Empordà, respectivamente, se observó una gran correlación (0,92 para cerdos de engorde, 0,86 para las explotaciones de madre y 0,95 para las explotaciones de ciclo cerrado) entre el contenido en nitrógeno orgánico y el nitrógeno amoniacal. Este hecho permite explicar mejor la relación existente entre la conductividad eléctrica y el contenido en nitrógeno total (orgánico y amoniacal).
Tal como ya se reflejaba en la primera parte del estudio (Parera et al., 2008) no se ha encontrado una relación apropiada entre la conductividad eléctrica y el contenido en P total de los purines de porcino (Figura 5). Otros estudios (Moral et al., 2005; Provolo y Martínez-Suller, 2007) tampoco encontraron una relación significativa entre el fósforo y la conductividad eléctrica, aunque otros (Marquès Miret, 2002) sí la observaron. Algunos de estos estudios sí encontraron que existía una correlación significativa entre el P total y la densidad y el contenido en materia seca de los purines.
Relación entre la densidad y el contenido de fósforo.
Visto que durante el primer año se observó un relación significativa (P<0,001) entre el contenido de materia seca y el contenido de fósforo del purín (figura 6) y no se encontró una relación lineal con la conductividad eléctrica, se creyó interesante ensayar la utilidad de la medida de la densidad de los purines, mediante el uso de densímetro gravimétrico en campo, como método indirecto para la predicción del contenido de fósforo de los purines. Monge et al. (2008) y Moral et al. (2005) encontraron en sus respectivos estudios una relación lineal entre la densidad y el contenido de fósforo, con unas correlaciones de 0,67 y 0,80 respectivamente.
En este trabajo, contrariamente, no se encontró una relación significativa entre la densidad medida en campo y el contenido en fósforo de los purines (n: 72) (Figura 6).
Uno de los motivos podría deberse a la falta de precisión del densímetro gravimétrico y la dificultad de su correcta lectura in situ debido a la habitual formación de espuma en el purín. En concreto el rango de densidad de las muestras de purín está entre 964 i 1.166 kg m-3 cuando el rango del densímetro es de entre 1.000 i 1.100 kgm-3 para una altura de calibración de 13 cm.
Figura 6.- Relación entre la materia seca (%) y el contenido de fósforo del purín porcino (kg m-3) (n: 308)
CONCLUSIONES
• El contenido de nutrientes del purín según su procedencia (granjas de engorde, madres o ciclo cerrado) es significativamente diferente.
• Existe una relación lineal entre la conductividad eléctrica (CE) y el contenido de nutrientes del purín (N, P y K) , aunque la variancia explicada para el fósforo es muy baja.
• La relación entre la CE y el contenido de nutrientes es mejor si se consideran conjuntamente la totalidad de las muestras que si se consideran los diferentestipos de producción por separado.
• Las relaciones entre la CE y los contenidos en nitrógeno amoniacal, nitrógeno total y potasio no han variado a medida que se ha incrementado el número de muestras considerado, durante los tres años del trabajo, pero sí que ha mejorado
la varianza explicada.
la varianza explicada.
• No se ha encontrado una relación entre la densidad medida in situ, con un densímetro gravimétrico, y el contenido en fósforo, aunque sí existe una relación entre la materia seca y el contenido en fósforo.
• El uso del conductímetro (manual o instalado en la cuba) es una buena herramienta para conocer in situ el contenido de nitrógeno y potasio del purín porcino y así poder calcular el volumen de purín a aplicar según la dosis de
nitrógeno programada.
nitrógeno programada.
BIBLIOGRAFIA
Domingo F., Parera J., Mallol C., Canut N. y Serra J. (2009) Automatic electrical conductivity measurement for a better on field management of pig slurry Proceedings of the 16th Nitrogen Workshop: Connecting different scales of nitrogen use in
agriculture.P. 284.
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Marquès Miret, L. (2002). Caracterització dels subproductos orgànics de les explotacions ramaderes del Baix Empordà. Proyecto Final de Carrera de la titulación de Ingeniero Técnico Agrícola. Universitat de Girona. 115 p.
Monge, E., Ferrer, M., Orús, F. (2001) Análisis químico de estiércoles fluidos. II. Su valoración agronómica como fertilizante mineral. Anaproc, 213, 12-27
Moral, R., Perez-Murcia, M.D., Perez-Espinosa, A., Moreno-Caselles, J., Paredes, C. and Rufete, B. (2005). Estimation of nutrient values of pig slurries in southeast Spain using easily determined properties. Waste Management, 25, 719-725.
Navés, J. y Torres, M. C. (1999). Composició fisicoquímica i valor fertilitzant del purí de porc procedent d’explotacions porcines de la comarca del Pla d’Urgell. En: Boixadera, J. y Cortés, A. (Ed.). Problemes moderns en l’ús dels sòls: nitrats. Dossiers Agraris. Institució Catalana d’Estudis Agraris. Barcelona. 41-60.
Parera J., Domingo F., Canut N. y Serra J. (2008). Determinación rápida de los nutrientes del purín de cerdo in situ en base a la lectura de la conductividad eléctrica (CE) para una correcta fertilización. Libro de Actas del I congreso Español de Gestión Integral de Deyecciones Ganaderas.237p.
Provolo, G. and Martínez-Suller, L. (2007). In situ determination of slurry nutrient content by electrical condutivity. Biorescource Technology, doi:10.1016/ j.biotech. 2006.07.018.
Teira R. (2008). Informe para la mejora de la gestion de los purines porcinos en Catalunya. Informes del CADS 5. Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible. Generalitat de Catalunya.
Van Kessel, J. S. and Reeves III, J. B. (2000). On-farm quick tests for estimating nitrogen in Dairy Manure. Journal of Dairy Science, 83. No. 8. 2000.
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