Homepage-wit

Deel 2.

Door Anton Nigten, zelfstandig onderzoeker bemesting, voeding en gezondheid.

Hoe verkrijgen de planten hun stikstof?

In mijn eerste bijdrage gaf ik al aan dat er de afgelopen tweehonderd jaar stevige ruzies zijn geweest over het bemesten van de gewassen. De dominante visie is nog steeds dat planten hun nutriënten uitsluitend opnemen in de vorm van zoutionen. Dat blijkt niet te kloppen. Planten kunnen ook complexe organische verbindingen rechtstreeks, of indirect met behulp van hun symbionten opnemen. En die verbindingen zijn over het algemeen veel minder verstorend dan zoutionen.

Naast de aanname dat planten hun elementen in zoutvorm opnemen kent de dominante bemestingstheorie nog zes andere geloofsartikelen die als vanzelfsprekend worden beschouwd maar niet of onvoldoende zijn onderzocht:

• De overschatting van het belang van kalium;
• En tegelijk de onderschatting van het belang van natrium, silicium, magnesium, calcium en sporenelementen. Vooral ook kwantitatief;
• Veronachtzaming van de rol van de symbionten in en op de planten – schimmels; bacteriën en virussen – voor de voeding en de kwaliteit van de gewassen;
• Nauwelijks aandacht voor de effecten van de bemesting met anorganische zoutionen op de gezondheid en de natuurlijke weerstand van de gewassen. En de doorwerking daarvan op de gezondheid van de landbouwhuisdieren en de mensen;
• Ziekten en plagen worden bijgevolg voor lief genomen, en moeten dus chemisch of biologisch bestreden worden. Voor ziektepreventie door anders te bemesten is weinig aandacht;
• Om honger in de wereld te voorkomen blijft het gehanteerde instrumentarium in het dominante paradigma beperkt tot kunstmest, gemineraliseerde dierlijke mest, pesticiden en genetische modificatie;

De huidige biologische landbouw verschilt slechts op twee onderdelen van de conventionele landbouw: geen gebruik van kunstmest[1] en heel beperkt gebruik van pesticiden (Buijs en Samwel Mantingh, 2018). Het inbouwen van resistente genen daarentegen is bij een problematisch gewas als de aardappel al staande praktijk (Lammerts van Bueren, 2015).

Gelukkig zijn er ook altijd mensen geweest in het wetenschappelijk onderzoek, die vanuit andere benaderingen onderzoek deden, maar die hebben de dominante visie tot nu toe niet weten te corrigeren (Visser, 2010). Hun werk is sterk in de vergetelheid geraakt. In mijn benadering vormen hun resultaten het fundament voor een andere kijk op planten en plantenvoeding.

Echter, bij de theorie dat het voor planten veiliger is om zich te voeden met organische verbindingen geldt een belangrijke kanttekening: er zijn onder de organische verbindingen die vrijkomen bij de afbraak van plantaardig materiaal en van dierlijke excrementen ook sterke groeiremmers. Zoals aldehyden, guanidine, coumarine en dihydroxystearinezuur. Schreiner, Kononova en McCalla hebben hier veel onderzoek naar gedaan (Schreiner, 1913; McCalla, 1964, en Kononova, 1961).

In deze bijdrage ga ik  uitgebreider in op de vraag hoe planten zich voeden. Stikstof staat hierbij centraal. Enerzijds omdat het een belangrijk voedingselement is en anderzijds omdat anorganische stikstof die niet wordt benut of onvoldoende wordt omgezet in echte eiwitten tot tal van grote problemen heeft geleid en nog leidt (Anjana, 2018; Britto en Kronzucker, 2003). Datzelfde geldt voor fosfor (Jamieson, 1910; Razzaque, 2015). En ik vermoed dat anorganisch zwavel soortgelijke problemen geeft als anorganische stikstof en fosfor. Bij koeien kan te veel zwavel tot hersenaantastingen leiden. En bij mensen tot beroertes (Kobayashi, 1957), tot verstoringen in de homocysteïnestofwisseling, en tot de vorming van zwavelstenen. Waterstofsulfide kan de werking van de mitochondria verstoren en zo tot kanker leiden (Warburg, 1956). De effecten van anorganische zwavelzouten op planten heb ik nog niet voldoende bestudeerd[2].

Hoe komen de planten normaalgesproken aan hun stikstof als er geen nitraat- of ammoniumzouten gestrooid worden?

In de betreffende vakliteratuur vond ik de volgende manieren:

1. Planten kunnen op drie manieren rechtstreeks organische stikstofverbindingen opnemen uit de bodem. De eerste manier is dat de planten een enzym uitscheiden om de eiwitten en kernzuren in de bodem, die afkomstig zijn van dierlijke mest of van plantenresten, af te breken tot peptiden en aminozuren die dan in hun geheel worden opgenomen (Näsholm et al. 2000 en 2009; Krasil’nikov, 1958). Daarmee bouwen planten dan hun eigen eiwitten weer op. De tweede manier is dat de planten de eiwitten in hun geheel opnemen en dan inwendig verteren tot aminozuren en vandaaruit hun eigen eiwitten weer opbouwen (Paungfoo Lonhienne et al., 2008). En planten kunnen rechtstreeks aminozuren uit de bodem opnemen (Schreiner, 1912).

• Een grote groep planten krijgt aminozuren van hun symbionten in de bodem, of op hun stengels en bladeren. In de bodem gaat het om de volgende bacteriën, in de wortelknolletjes: de rhizobia van de vlinderbloemigen; de caulobacter van de paardeboon (horse gram) (Edulamudi 2011); en de pseudomonas en burkholderia van de robinia pseudoacacia (Shiraishi et al., 2010). De bacteriën binden luchtstikstof voor de planten waarmee ze zijn verbonden. Ook in en op de stengels en bladeren kunnen zich grote aantallen rhizobia bevinden (Schanderl, 1940).

Ook zijn op een aantal planten cyanobacteriën op de bovengrondse plantendelen gevonden die stikstof assimileren voor ‘hun’ planten, zoals bij de Gunneraceae (Santi et al., 2013), en de Nostoc cyanobacteriën in de bladholtes van de Azollavarens in de natte rijstteelt.

De Frankia bacterie assimileert stikstof voor de actino-rhizia plantenfamilies – dat zijn vooral bomen en struiken (Santi et al., 2013).

In de wortels van grassen, suikerriet en rijst zijn de stikstofassimilerende bacteriën azoarcus en azospirillum gevonden. Zij leveren een aanzienlijke bijdrage aan de stikstofvoorziening van deze gewassen. Karimi kreeg onder droogtestress bij tarwe een 18 % hogere opbrengst met de bacterie Azospirillum Zea Sp. 2. van wilde tarwerassen (Karimi et al., 2018). Er is wel een debat gaande of er echt sprake is van stikstofassimilatie door de genoemde bacteriën (Doty, 2017) of dat er sprake is van positieve effecten doordat deze bacteriën groeistimulerende stoffen produceren (Clemente et al., 2016; Ribeiro et al, 2018; Karimi et al., 2018 ).

Alle hier onder punt twee genoemde bacteriën noemen we endosymbionten. Dat wil zeggen: symbionten die ín de planten leven met wie ze een samenwerking zijn aangegaan.

Een recent overzicht kunt u vinden bij Puri (Puri et al., 2017). In dit overzicht vindt u ook een uitgebreide lijst van endofytische bacteriën – dus bacteriën die zich in de planten bevinden, en die o.a. atmosferische stikstof fixeren voor de planten. Symbionten dus.

• Een derde belangrijke groep wordt gevormd door de vrijlevende stikstofbindende bacteriën in de bodem. Tot deze groep behoren azotobacter; actinomycetes, clostridium, azospirillum, klebsiella, burkholderia, en cyanobacteria. Ze bevinden zich dus buiten de plantenwortels. Er worden nog steeds nieuwe vrijlevende stikstofbinders ontdekt.

• Dan is er een grote groep van symbionten die stikstof vrijmaken uit de organische stof of uit de bodemdeeltjes en die deze stikstof ter beschikking stellen aan de gewassen. Het gaat hier  om microben die stikstof vrijmaken: mycorrhizaschimmels; gisten; bacteriën ed.. Maar er zijn ook vrijlevende stikstofbinders gevonden die ‘opgegeten’ worden door de planten. White c.s. hebben aangetoond dat bepaalde bacteriën inclusief hun stikstof (en andere nutriënten), door de plantenwortels worden geabsorbeerd en leeggemaakt. De aldus geleegde bacteriën, zoals M. luteus en B. amyloliquefaciens verlaten de planten weer via de topjes van de wortels, waarna ze zich opnieuw vullen en het proces zich herhaalt (White et al., 2018).

In de biologische landbouw is vaak sprake is van ‘te trage mineralisatie’. Hierdoor groeien de gewassen niet optimaal en blijven de opbrengsten gemiddeld zo’n 25 % lager dan in de conventionele landbouw (Opdebeeck et al, 2004; Seufert et al., 2012). Op de meeste biologische bedrijven is echter meer dan genoeg stikstof voorhanden in de bodem omdat er royaal met dierlijke mest of plantaardige compost wordt bemest. Maar om deze stikstof te benutten ontbreken vaak de micro-organismen die bij de betreffende planten horen. Zij kunnen helpen om de mineralisatie te omzeilen, doordat ze rechtstreeks organische stikstof en andere organisch gebonden nutriënten leveren. Van de mycorrhizaschimmels is een dergelijke symbiose al langer bekend. Zij leveren niet alleen organische stikstof en -fosfor, maar ook andere nutriënten. En ook de draden van de mycorrhizaschimmels reiken tot in de plantenwortels. In veel biologische bodems ontbreken de genoemde symbionten.

Britto en Kronzucker hebben vastgesteld dat ammoniumzouten de mycorrhizaschimmels uitschakelen (Britto en Kronzucker, 2003). Drijfmest met veel ammonium, en ammoniumkunstmest zijn dus geen goede meststof voor het bodemleven.

Sommige mycorrhizaschimmels herbergen in speciale holtes ook stikstofbindende bacteriën. Paul heeft dit aangetoond voor de dennensoort Pinus Contorta (Paul et al., 2007).

Ook gisten kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan de stikstofvoorziening van planten. Sherrygist met name kan heel veel stikstof assimileren, en heeft een sterke groeistimulerende werking – veel meer dan kaliumnitraat (Schanderl, 1947).

• En er is de directe assimilatie van luchtstikstof door alle planten – vlinderbloemigen én niet vlinderbloemigen. In het eerste artikel heb ik al een aantal auteurs genoemd die dit hebben aangetoond. Die lijst met auteurs groeit nog steeds.

Maar planten kunnen dat alleen als aan een aantal voorwaarden is voldaan. Hierbij zijn de volgende feiten relevant:

• Planten moeten bijna allemaal over een voldoende startstikstof beschikken alvorens de assimilatie van stikstof door de speciale haartjes op hun bladen kan beginnen;
• Hoe forser de planten hoe beter de assimilatie van luchtstikstof;
• Het vermogen van de vlinderbloemigen om luchtstikstof te assimileren is gemiddeld genomen groter dan dat van de niet leguminosen. Maar daarop zijn een aantal belangrijke uitzonderingen. Boekweit, composieten (Helianthus scaberrimus en de aardpeer)  en bepaalde bramensoorten (de zandbraam en rankende bramen) nemen zelfs even veel of meer luchtstikstof op dan de meeste vlinderbloemigen. Ook de aardappel kan 30 tot 50 % van zijn stikstof uit de lucht halen (Schanderl, 1943).
• Vlinderbloemigen kunnen uitstekend luchtstikstof assimileren zonder de aanwezigheid van wortelknolletjes (Liebscher, 1893; Stoklasa, 1895; Schanderl, 1947; Frank, 1888);
• In bodems waarin te veel ammonium en/of nitraat zit, vindt geen of weinig luchtstikstofassimilatie plaats – bovengronds noch ondergronds. Het is niet duidelijk of het hier om een vergiftigingsprobleem gaat of dat er sprake is van vervanging. Immers, als er snel opneembare stikstof voorradig is, waarom zou de plant dan nog moeite doen om zijn symbionten te stimuleren om stikstof te assimileren. Maar vergiftiging kunnen we nog niet uitsluiten. Ammonium remt immers ook de fotosynthese.
• Voor stikstofassimilatie zijn ijzer, molybdeen en kobalt onontbeerlijk. Om die reden kunnen moderne hybride tarwerassen waarschijnlijk geen of minder luchtstikstof assimileren, omdat zij geen kobalt meer op kunnen nemen (Sait, 2018). De grote vraag is natuurlijk of dit ook geldt voor andere hybride gewassen. Een complicatie hierbij is dat kalium- en ammoniumzouten de opname van natrium, magnesium, silicium en sporenelementen afremmen (Chiy en Phillips, 1993; Britto en Kronzucker, 2003). Niet handig. Uit een onderzoek van Iswaran en Sundara Rao (1964) blijkt de aanwezigheid van kleine hoeveelheden kobalt de stikstoffixatie te verhogen.
• Verdichte bodems bemoeilijken de stikstofassimilatie door bacteriën in de bodem. In dergelijke bodems loopt het koolzuurgehalte op, en vermindert de toevoer van zuurstof en van luchtstikstof.
• Bodemorganismen in een gezonde bodem leveren de planten tal van groeistimulerende stoffen. Het belang van deze stoffen voor de stikstofassimilatie door de planten krijgt steeds meer aandacht. (Clemente et al., 2016; Ribeiro et al, 2018; Karimi et al., 2018; Puri et al, 2017). En Krasil’nikov toonde al aan dat tarwe in de grond eronder het aantal rhizobiabacteriën (uit erwten) doet toenemen (Krasil’nikov 1958). Voor deze bodemsymbionten geldt dat ammonium en nitraat hun werking belemmeren (Lawes and Gilbert, 1858[V1] [an2] ; Poschenrieder and Lesch, 1942; Reid et al., 2021). Echter, hele kleine hoeveelheden nitraat werken weer stimulerend (Jiang et al., 2020).

Volgens Jones is vijf kilo anorganische stikstof per hectare het maximum wat je nodig hebt om stikstofassimilatie te stimuleren (Jones, 2015).

• Door mensen gekweekte bio-activatoren (zoals pseudomonas bacteriën en Bacterium sp. No 160) kunnen de plantengroei enorm stimuleren, net zoals de rhizobiumbacteriën, al dan niet vrijlevend. Combinaties van bio-activatoren en rhizobia geven vaak een nog hoger positief effect op de plantengroei (Krasil’nikov, 1958).
• Soms moeten verse bacteriestammen op planten geënt worden om de stikstofbinding te doen slagen (Schanderl, 1940);
• Bij vlinderbloemigen én bij niet vlinderbloemigen worden rhizobiabacteriën in alle delen van de planten aangetroffen. Veel planten geven deze bacteriën mee aan de volgende generatie via hun zaden. Met name de grote zaden bevatten vaak veel rhizobia. Voor deze planten is een startstikstof minder belangrijk;
• Planten moeten geselecteerd worden op hun vermogen om nog stikstof uit de lucht te kunnen halen. Planten die ontkiemd en opgegroeid zijn op zeer stikstofarme gronden zijn in de volgende generatie vaak veel beter in staat om luchtstikstof te binden. De planten die niet meer in staat zijn om luchtstikstof te binden, vallen op deze manier automatisch af.

Maar wat levert de stikstofassimilatie door leguminosen en niet leguminosen nu feitelijk op? Nog anders gezegd: zet het wel zoden aan de dijk? Of is het hooguit een voor de wetenschap interessant randfenomeen?

De proeven van Schanderl uit 1943 geven hiervoor belangrijke aanwijzingen. In dit onderzoek had hij in totaal 78 planten uit 26 plantenfamilies onderzocht. Ik heb een selectie gemaakt van alle voeder- en voedselgewassen uit tabel 1 en 2 van het betreffende onderzoek. In totaal gaat het dan om veertien gewassen. Van deze veertien gewassen waren er drie vlinderbloemig. Gemiddeld hadden alle 14 gewassen samen 55,5% van hun stikstof uit de lucht gehaald. De vlinderbloemigen 78,9 %, en de niet vlinderbloemigen 51,8 %. Als we van de niet vlinderbloemigen de drie uitschieters naar beneden weglaten, komt hun gemiddelde uit op 58,7 %. In deze proef komt de rest van de stikstof uit de bodem en het regenwater.

Conclusies:

De voeding van planten met behulp van organische N verbindingen is eerder de regel dan de uitzondering, maar door het gebruik van ammonium- en nitraatzouten is deze regel uit beeld geraakt. Planten kunnen zich, met hun symbionten, op minimaal vijf manieren met organische stikstof voeden. Voor de meeste planten is wel een organische startstikstof noodzakelijk. De uitdaging is dus om planten van een voldoende organische startstikstof te voorzien, zonder dat daarbij te veel ammonium of nitraat vrijkomt. In mijn derde bijdrage ga ik hier uitgebreider op in.

Literatuur:

• Anjana, A. 2018 .Nitrogenous Fertilizers – Boon or Bane? SDRP Journal of Plant Science. 2(2).
• Buijs en Samwel Mantingh, 2019. Een onderzoek naar mogelijke relaties tussen de afname van weidevogels en de aanwezigheid van bestrijdingsmiddelen op veehouderijbedrijven in Gelderland.
• Britto and Kronzucker, 2002. NH₄ + toxicity in higher plants: a critical review. J. Plant Physiol. 159:
• Chiy and Phillips, 1993 Sodium fertilizer application to pasture. 1. Direct and residual effects on pasture production and composition. Grass and Forage Science. 48(2).
• Clemente et al., 2016. Azospirillum brasilense and nitrogen fertilization affecting wheat productivity. African journal of agricultural research. 11(24): 2179-2184.
• Doty, S. 2017. Endophytic N-Fixation: Controversy and a Path Forward. In: Doty S. (eds) Func-tional Importance of the Plant Microbiome. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-65897-1_2
• Edulamudi et al., 2011 Novel root nodule bacteria belonging to the genus Caulobacter. Letters in Applied Microbiology. 53: 587-591.
• Frank, A.B. 1888 Untersuchungen über die Ernährung der Pflanze mit Stickstoff und über den Kreislauf desselben in der Landwirthschaft . Berlin. Verlag von Paul Parey.
• Iswaran, V. et al. 1964. Role of Cobalt in Nitrogen Fixation by Azotobacter chroococcum. Nature volume 203, page 549 (1964).
• Jamieson, 1910 – Jamieson, Th. (1910). History of the progress of agricultural science in Great Britain. Printed and published by Messrs C. & R. Anderson. “North British agriculturist”, Edinburgh.
• Jiang et al., 2020. Evaluation of beneficial and inhibitory effects of nitrate on nodulation and nitrogen fixation in common bean (Phaseolus vulgaris). Legume Science. 2020.2:e45.
• Jones, 2015 – Jones, C. (2015). Nitrogen: the double-edged sword. https://www.amazingcarbon.com
• Karimi et al., 2018. Endophytic Azospirillum for enhancement of growth and yield of wheat. Environmental Sustainability. 1:149-158.
• Kobayashi, 1957. On geographical relationship between the chemical nature of river water and death-rate from apoplexy. Berichte d Ohara Inst f landwirtsch Biologie. 11:12-21.
• Kononova, M. M. 1961. Soil organic matter, its nature, its role in soil formation and in

soil fertility, p. 165. Pergamon Press, New York.

• Krasil’nikov, 1958 Soil microorganisms and higher plants. Academy of Sciences of the USSR Publishing.
• Lammerts van Bueren, 2015. Mondelinge mededeling.
• Lawes and Gilbert, 1858 XXV. Report of Experiments with different Manures on Permanent Meadow Land. Part one. Journal of the Royal agricultural society of England.
• Liebscher, G. 1893. Beitrag zur Stickstofffrage. Journal für Landwirtschaft I und II band 41.
• McCalla et al., 1964. Phytotoxic substances from soil microorganisms and crop residues. Bacteriological Reviews. 28(2): 181-207.
• Näsholm et al, 2000. Uptake of organic nitrogen in the field by four agriculturally important plant species. Ecology. 81(4): 1155–1161.
• Näsholm et al. 2009. Uptake of organic nitrogen by plants. New Phytologist  March 2009.
• Opdebeeck et al., 2004. Use of Natural Chilean Nitrate in Organic Far ming. Het rapport is uitgegeven door Chamoson, Switzerland : [Natural Nitrogen, Nitrogenous Rock].
• Paul et al., 2007.Nitrogen Fixation Associated with Suillus tomentosus Tuberculate Ectomycorrhizae on Pinus contorta var. latifolia”. Annals of Botany. 99 (6): 1101-1109.
• Paungfoo-Lonhienne et al., 2008. Plants can use protein as a nitrogen source without assistance from other organisms. PNAS. 105(11). 4524–4529 _ PNAS _ March 18, 2008 _ vol. 105 _ no. 11
• Poschenrieder et al.1942. Untersuchungen über den Einfluss langjähriger einseitigen Düngungsmassnahmen auf die Ausbildung und Nährstoffaufnahme der Würzelknollchen von Sojabohne. Bodenkunde und Pflanzenernährung 32. Band. Heft I/2.
• Puri, A. et al 2017. Nitrogen-Fixation by Endophytic Bacteria in Agricultural Crops: Recent Advances, Nitrogen in Agriculture. Available from: https://www.intechopen.com/chapters/58024
• Rands, D. et al. 1938. Influence of certain harmful soil constituents on severity of pythium root rot of sugarcane. Journal of Agricultural Research, Vol. 56, No. 1
• Razzaque, M. et al., 2015.Phosphate toxicity: a stealth biochemical stress factor? Medical Molecular Morphology. 49(1):1-4. doi: 10.1007/s00795-015-0122-3.
• Reid et al., 2021 –Inorganic Chemical Fertilizer Application to Wheat Reduces the Abundance of Putative Plant Growth-Promoting Rhizobacteria. Front. Microbiol. 11.
• Ribeiro et al., 2018  Seed and leaf inoculation with Azospirillum brasilense and increasing nitrogen in wheat production.  Rev. Bras. Cienc. Agrar., Recife. 13(3). e5550.
• Sait, G. 2018 The Bastardisation of our Food – The Daily Bread Story. https://blog.nutri-tech.com.au/the-bastardisation-of-our-food/. [V3] 
• Santi et al., 2013. Biological nitrogen fixation in non-legume plants. Ann. Bot. 111; 743-767.
• Schanderl, H. 1940: Beweise für de Fahigkeit zur Assimilation des molekularen Stickstoffs durch die Bakteriensymbionten einiger niet-leguminosen”.
• Schanderl, H. 1943. Untersuchungen über den Stickstoffhaushalt von Nichtleguminosen und Leguminosen.
• Schanderl, H. 1947. Botanische Bakteriologie und Stickstoffhaushalt der Pflanzen auf neuer Grundlage. Stuttgart  Verlag Eugen Ulmer.
• Schreiner, O. 1912 Nitrogenous soil constituents and their bearing on soil fertility. US Dept. of agriculture.
• Schreiner, O. 1913. The organic constituents of soils. US Department of agriculture.

Bureau of soils. Circular No. 74. Deze bijdrage bevat een uitgebreide lijst met schadelijke en niet schadelijke organische verbindingen in bodems.

• Seufert et al., 2012. Comparing the yields of organic and conventional Agriculture. Nature. 485: 229–232. DOI: 10.1038/nature11069.
• Shiraishi et al., 2010. Nodulation in black locust by the Gammaproteo-bacteria Pseudomonas sp. and the Betaproteobacteria Burkholderia sp. Systematic and Applied Microbiology. 33(5): 269-274.
• SKAL inputlijst 2021. https://www.skal.nl.
• Stoklasa, J. 1895. Studien ueber die Assimilation elementaren Stickstoffs durch die Pflanzen. Landw. Jahrb. (1895), 24, 827-863. STUTZER.
• Visser, J. 2010. Down to earth: a historical-sociological analysis of the rise and fall of ‘industrial’ agriculture and of the prospects for the re-rooting of agriculture from the factory to the local farmer and ecology. PhD thesis Wageningen University.
• Warburg, O. 1956. On the Origin of Cancer Cells. Science. 123(3191): 309-314.
• White et al., 2018 Rhizophagy Cycle: An Oxidative Process in Plants for Nutrient Extraction from Symbiotic Microbes. Microorganisms. 6(95).

---

[1] Het gebruik van de kunstmest patentkali is een van de uitzonderingen (SKAL inputlijst, 2021).

[2] In een proef met waterstofsulfide toonden Rand en zijn collega’s aan dat waterstofsulfide tot een groeivermindering van 21 tot 26 % leidde bij suikerriet (Rand et al, 1938). Waterstofsulfide zit onder andere in rottende drijfmest. En het kan gevormd worden in verdichte bodems.

---

Deel 1.

Door Anton Nigten, zelfstandig onderzoeker bemesting, voeding en gezondheid.

In Wageningen leert elke student die het vak bemestingsleer volgt, dat planten hun nutriënten rechtstreeks uit het bodemvocht opnemen: stikstof bijvoorbeeld in de vorm van ammonium- of nitraationen. En ook kalium, fosfor, magnesium en calcium worden in het Wageningse model in de vorm van opgeloste zoutionen opgenomen. Elk zout heeft een helft met een positieve lading en een helft met een negatieve lading. Alle twee zijn het zoutionen. Samen vormen ze een zout. Elke boer is verteld dat de planten bemest moeten worden met de zouten die via de gewassen en de dierlijke producten van het land zijn verdwenen. De vruchtbaarheid moet op peil gehouden worden. Bij de woorden superfosfaat, kalkammonsalpeter, magnesamon, patentkali en ammoniumsulfaat weet elke agrariër precies waarover het gaat. Noodzakelijke plantenvoedingsstoffen. En de Wet van het minimum leert dat al één of enkele elementen die ontbreken, de normale plantengroei kunnen belemmeren. De wet van het maximum leert dat als je te veel van één element geeft, de zaak ook verstoord raakt.

Daar ging in de 19^e eeuw een revolutie in het denken aan vooraf. Rond 1800 dachten de landbouwwetenschappers zoals Thaer nog dat planten zich voeden met humus. Sprengel, de Saussure, Von Liebig, Boussingault en Lawes e.a. hebben daar een radicale verandering in teweeg gebracht. Zij toonden aan dat mineralen veel belangrijker zijn, en de humustheorie wel zo’n beetje  achterhaald was. Althans, dat dachten ze. Deze nieuwe inzichten waren mogelijk door de ontwikkeling van de scheikunde als wetenschap. De biologie stond nog in de kinderschoenen vergeleken met de scheikunde. Biologische processen zijn ook veel moeilijker te begrijpen dan scheikundige, omdat ze veel complexer zijn.

Tweehonderd jaar later leren we nog steeds dat planten zich rechtstreeks voeden met zoutionen uit het bodemvocht. Okee, bladbemesting kan ook: zoutionen opgenomen via het blad. En luchtstikstof – twee stikstofatomen, met een sterke driedubbele binding – kan door de rhizobiabacteriën in de wortelknolletjes van de vlinderbloemigen voor de planten beschikbaar gemaakt worden door het te splitsen en om te zetten in ammoniumionen.

Men denkt in Wageningen dat deze strijd nu wel beslecht is. Weliswaar nadat er op alle onderdelen veel heftige strijd en conflict is geweest. De Saussure en Von Liebig dachten aanvankelijk dat planten hun stikstof deels uit de lucht haalden in de vorm van ammoniak. De jonge Boussingault dacht dat planten de luchtstikstof – N₂ -direct uit de lucht konden halen. Later kwam hij hierop terug en wees hij de bodem aan als bron voor stikstof. Lawes en Gilbert maakten in het Engelse vaktijdschift  ‘Journal of the Royal Agricultural society of England’ gehakt van het ammoniakverhaal van von Liebig, en Liebig sloeg natuurlijk terug met zijn feiten. Maar hij delfde al snel het onderspit in dit debat.

Toen gebeurde er iets bijzonders. George Ville, een jonge Franse onderzoeker, ging verder waar Boussingault gestopt was. Met luchtstikstof. Door een sterk verbeterde proefopstelling te bouwen kon hij bewijzen dat planten de stikstof uit de lucht  – N2 – direct op konden nemen en om konden zetten. Het hele toenmalige landbouwkundige wereldje was in rep en roer. Dit kon niet waar zijn. De oudere generatie had na veel gedoe net besloten dat planten hun stikstof niet uit de lucht, maar uit de bodem haalden waar het terechtkwam via mest, plantenresten, guano, chilisalpeter, regen, of stikstofkunstmest.. en daar begon het gedonder weer.

Toen nam de Franse regering een wijs besluit. Zij stelde een commissie in van gerenommeerde chemici uit die tijd, onder leiding van Chevreul (Chevreul, 1855). Ville mocht zijn proeven onder hun toezicht herhalen. Hij kreeg van hen een tien met een griffel: planten bleken inderdaad hun stikstof (ook) rechtstreeks uit de lucht te kunnen halen. Maar dat mocht niet baten. Er stonden te veel reputaties op het spel. De resultaten van Ville werden genegeerd. Stikstof bleef vanaf toen uitsluitend uit de bodem komen. Maar wij houden het even vast: opname van stikstof uit de lucht door alle planten is mogelijk, en niet alleen door vlinderbloemigen. Er volgden nog een hele reeks onderzoekers die het gelijk van Ville bevestigden: Stocklasa; Mameli; Pollacci; Lipton en Taylor; Ruben, Hassid en Kamen; Schanderl e.a. En in 1910 toonde Jamieson aan dat de planten de stikstof uit de lucht halen met speciale haartjes op de bladeren. Die kennis wordt nu al meer dan honderd jaar genegeerd, nadat in 1909 door Haber en Bosch een methode was ontwikkeld om langs chemische weg ammonium te maken uit luchtstikstof. Wat de planten altijd gratis deden werd nu een winstgevend verdienmodel. Voor de industrie. En tussen de 60 en 90 % van de gebruikte stikstof gaat binnen een jaar verloren.

Voor fosfaat lag het conflict iets anders. Door natuurfosfaat of steenfosfaat met zuren te behandelen verkreeg men mono- of tripelsuperfosfaat, al naargelang het zuur wat men gebruikte. Liebig had hierop het patent en dit verkocht hij aan Lawes, de man die met de inkomsten uit de verkoop ervan in Engeland de beroemde langjarige proeven op Rothamsted financierde. De Engelse versie is dat Lawes het procedé om superfosfaat te maken zelf heeft ontwikkeld.

Maar ook dit was geen gewonnen race. Jamieson en zijn collega’s van het proefstation in Aberdeen constateerden dat superfosfaat de stoppelknollen (en andere gewassen) die er mee werden bemest verzwakte (de beruchte ‘turnip disease’[1]). Daarop startten zij vergelijkende proeven met natuurfosfaat en concludeerden dat er met natuurfosfaat  – een inert mineraal – geen verzwakte knollen ontstonden, mits ook de akkers voldoende waren gedraineerd. Hun conclusie was  – na bijna 30 jaar onderzoek – dat je beter direct met het chemisch onbewerkt natuurfosfaat kon bemesten dan met superfosfaat. Dit conflict ging de boeken in als ‘de fosfaatoorlog’ (Battle of the phosphates). Maar alhoewel wetenschappelijk gesproken Jamieson en de zijnen het gelijk aan hun kant hadden, won uiteindelijk de fosfaat-kunstmestindustrie het debat in de praktijk. Met de verkoop van superfosfaat werd veel meer geld verdiend dan met natuurfosfaat, althans door de industrie. De boeren konden weer betalen. En 70 – 90% van alle superfosfaat wordt niet benut.

De problemen met de derde letter van NPK  – de K van kalium – kwamen pas veel later boven water beginnend met het onderzoek van Theel in 1933. Theel constateerde aan de hand van hooi- analyses dat de hoeveelheden kalium, chloor en zwavel in het hooi sinds 1880 (Wolff, 1880) bijna verdubbeld waren. In 1934 constateerde van Baren dat kalium de gewassen verzwakt doordat bijv. granen minder silicium opnemen. Wolff, een leerling van von Liebig, had al in 1870 geconstateerd dat in heel veel gewassen veel kalium zat, maar dat de gewassen van Normandië daar op een merkwaardige wijze van afweken. Deze gewassen bevatten veel meer natrium, calcium en magnesium. Wolff vermoedde toen dat dat kwam omdat Normandië door de zee was omringd. Hij was warm.

Pas na heel lang speuren naar de oorspronkelijke literatuur  kreeg ik boven water dat de meeste gewassen in Normandië anders bemest waren dan in de rest van West Europa en Noord Amerika uit die tijd (Girandin, 1859). De boeren en tuinders in Normandië bemestten hun gewassen ook met de toen gebruikelijke middelen: stalmest; compost en guano. Maar daarnaast gaven ze de gewassen  zeewier, brak water en haringafval. Ze gaven, naast de gewone meststoffen, dus ook organisch afval en mineralen en sporenelementen uit de zee. En ‘het beste resultaat kregen de tuinders als ze ook nog aarde bijmengden’. Dit houden we even vast: aarde bijmengen en zeemineralen toevoegen.

Kalium en later ook ammonium zouden in het kopziekteonderzoek een grote rol gaan spelen, omdat men al vrij snel constateerde dat beide stoffen de opname van natrium, calcium, magnesium en sporenelementen belemmerden. Kalium kwam nog sterker onder vuur te liggen door het onderzoek van Khan en Mulvaney in 2013. Deze auteurs toonden aan dat het bemesten van met name kaliumchloride weinig meerwaarde in de vorm van extra opbrengsten oplevert en vaak ronduit schadelijk is voor de gewassen. Patentkali is veel minder schadelijk. Maar planten kunnen zich ook voeden met echte kaliummineralen zoals veldspaat, biotiet, sylviet, carnalliet en poluhaliet. Zij berekenden dat de boeren in Illinois voor 40 miljoen dollar aan kaliummeststoffen kopen, terwijl de bodem in Illinois voor 8000 jaar voldoende kalium bevat, mits ook de gewasresten worden teruggebracht op de akkers. Wederom betalen de boeren. Naar de schadelijkheid van kalium voor de natuur is weinig onderzoek gedaan. Veel kalium belandt uiteindelijk op de zeebodem.

Uit mijn berekeningen blijkt dat de boeren wereldwijd jaarlijks voor meer dan 100 miljard dollar bijdragen aan het vervuilen van de natuur en het milieu door meststoffen te kopen die slechts ten dele worden benut door de planten. 100 miljard dollar is een voorzichtige schatting. Veel prijzen op de wereldmarkt zijn namelijk alleen bekend vanaf de mijnen voor kalium en fosfaat. Daar komen de meerprijzen van de tussenhandel nog bovenop.

Er waren in de 19^e eeuw nog twee ‘uitzonderingen op de bemesting met zouten’. De methoden van Hensel en Herapath. Hensel was van mening dat de ammoniak uit dierlijke mest schadelijk was voor de gewassen. Het recente onderzoek van de Britto (2002) en van Nasraoui-Hajaji (2014) bevestigen dat: ammonium is voor veel gewassen en specifiek voor de fotosynthese schadelijk.  Het heeft even geduurd, maar dan heb je wat. Om die reden en geholpen door het toeval is Hensel rond 1890 met gesteentemelen gaan bemesten. Bij de boeren aan wie hij het gesteentemeel verkocht, had hij veel succes. Maar hij maakte ook vijanden – bij de kunstmestindustrie. Die sleepten hem voor de rechter. Maar door de rechter bij wie de boeren hun verhaal deden, werd Hensel in het gelijk gesteld. Desondanks werd Hensel economisch kapotgemaakt door de kunstmestindustrie. Gelukkig heeft hij zijn ervaringen op papier gezet, en kreeg hij navolgers in Groot Brittannië en de Verenigde Staten.

Herapath beschreef in ‘the Journal’ in 1850 zijn ervaringen met het bemesten met rivierslib. Het verse slib gaf, net als het gesteentemeel van Hensel, heel andere mineralenratio’s dan de bemesting met dierlijke mest, compost of kunstmest. Kalium zakte, net als in Normandië en bij Hensel, naar een normaal niveau, en natrium, calcium en magnesium gingen omhoog, behalve calcium in de tarwe. Voor silicium is het beeld wisselend. Bij gras vindt iets soortgelijks plaats als je met zout bemest. Dat hebben Chiy en Phillipsen aangetoond met hun bemestingsonderzoek in de negentiger jaren van de vorige eeuw. Door op grasland met natriumzout bij te mesten herstelde ook hier in het gras de mineralenbalans: kalium ging naar beneden, en natrium, calcium en magnesium gingen omhoog. Dat is wat de analyses ons leren.

Veel belangrijker is dat de koeien dit met zout bemeste gras met een hoger droge-stof gehalte  graag eten, en beter verteren. En de stikstof in dit gras is beter omgezet in echt eiwit. Het gras bevat dus minder nitraat, minder ammonium, en vermoedelijk ook minder andere stikstofverbindingen die geen eiwit zijn. En meer echt eiwit. Voor de gezondheid van de dieren is dit belangrijk.

Onafhankelijk van Chiy en Philippsen kwam Swerzcek  in de VS tot dezelfde conclusie. Koeien, schapen en paarden die gras eten dat met natriumzout is bemest of die in de kritieke seizoenen (het koude voorjaar, of bij hevige regenval na een periode van droogte) extra zout krijgen, lopen minder kans op gezondheidsproblemen (klauwproblemen; mastitis; lebmaagverdraaiing; geboorteproblemen) en op kopziekte. Voor Swerczek is kopziekte het eindstadium van een reeks gezondheidsproblemen. Hij spreekt van het kalium – nitraatsyndroom. De dieren verzwakken vaak zonder zichtbare kopziekte en hebben moeite om daarvan te herstellen. Als gevolg van de hoge gehalten aan kalium, nitraat en ammonium in het voer worden de dieren permanent verzwakt. Door het onderzoek van Schmack weten we dat een hoog ureumgetal in de melk gepaard gaat met diezelfde ziekteverschijnselen. Oorzaak bij Schmack: te eiwitrijk voeren. Op basis van 30 jaar ervaring als dierenarts stelt Schmack dat het ureumgetal in de melk niet hoger dan tien mag zijn.

Wat opvalt bij het werk van Swerczek en van Schmack is dat de een naar nitraat en ammonium in het gras wijst en de ander naar te veel eiwit in het voer.

Dit gaan we straks nog onderzoeken: is eiwit het probleem of gaat het om de stikstofverbindingen die niet zijn omgezet in eiwit? Zoals nitraat en ammonium.

Conclusie van dit eerste deel:

1. Over alle drie de hoofdmeststoffen is de afgelopen tweehonderd jaar veel ruzie gemaakt: over stikstof, fosfaat en kalium – NPK. De ruzies zijn nog steeds niet beslecht. In de landbouwwetenschap gaat men er nog steeds van uit dat planten hun nutriënten uitsluitend als zoutionen opnemen. Ook de onderzoekers in de biologische landbouw hebben dit idee omarmd. Wel zijn er steeds meer onderzoekers die de opname door de planten van organisch gebonden nutriënten serieus bestuderen. Maar in Wageningen is daar nog weinig van te merken.
2. Het gebruik van meststoffen in zoutvorm geeft vaak veel problemen. Echte kaliummineralen (veldspaat, biotiet, sylviet, carnalliet en poluhaliet) en fosformineralen (fosforiet; apatiet) kunnen ook direct door de planten benut worden, evenals stikstof uit de lucht. Hierbij gaat het om echte mineralen en resp. het inerte luchtstikstof. Het zijn geen zouten. Daardoor worden veel gewasproblemen vermeden, en wordt de uitspoeling of verdamping van deze nutriënten sterk verminderd. Voor de opname van elementen uit echte mineralen is het bodemleven onmisbaar.
3. De onbalans van de gegeven meststoffen in combinatie met anorganisch stikstof, zwavel en fosfor heeft schadelijke gevolgen voor planten en dieren. Zo schadelijk dat bestrijdingsmiddelen onvermijdelijk zijn.

In deel twee en drie zal ik nagaan hoe planten zich kunnen voeden met organische stikstof, fosfor en zwavel, en met organisch gebonden kationen (kalium, natrium calcium etc.) en hoe de problemen met zouten vermeden kunnen worden door de bodem en de planten met organische verbindingen te bemesten, aarde bij te mengen, stikstofarm te voeren, en door de balans en de kwaliteit in de bemesting te herstellen door bijvoorbeeld zeemineralen of gesteentemeel te geven.

Voor de gebruikte literatuur verwijs ik naar drie door mij geschreven  artikelen over stikstof die binnenkort in een engelstalig wetenschappelijk tijdschrift gepubliceerd gaan worden. Voor de VBBM maak ik nu samenvattingen in het Nederlands.

---

[1] De ziekte heet in het engels  ‘club root: a fungal disease of cabbages, turnips, and related plants, in which the root becomes swollen and distorted by a single large gall or groups of smaller galls’. De Nederlandse naam is knolvoet. In de periode 1870 – 1900 waren duizenden hectaren met knolrapen in Schotland ernstig aangetast door deze ziekte.

Op pad naar VBBM-boeren met een “goud” getuigschrift 

Het VBBM-getuigschrift bestaat uit 10 items en 56 bedrijven hebben meegedaan. In 2020 werden de getuigschriften gemaakt met de gegevens van het jaar 2019.

Van de deelnemende bedrijven behaalden er 3 aspirant, 17 brons, 31 zilver en 5 goud.

De VBBM wil hiermee laten zien wat een bedrijfsvoering doet die gestoeld is op de kringloop- gedachte van het plant-dier-mest systeem.

[Lees meer…] overWat doet de VBBM-boer die goud heeft?