Nieuwe resultaten bodemgezondheidsproef uitgelicht in wetenschappelijk artikel

Hypothese

De algemene hypothese die de onderzoekers wilden toetsen was dat zowel biologisch bodemmanagement als groenbemesters een effect moeten hebben op het bodemmicrobioom, het functioneren van de bodem en de kwaliteiten en kwantiteit van de organische stof.  Om dit goed te kunnen testen bleek de Bodemgezondheidsproef te Vredepeel erg geschikt, omdat deze proef al lang loopt (vanaf 2006) en ook een goede statistische opzet heeft om de verschillen tussen biologisch en gangbaar bodembeheer te meten. Daarnaast waren er in de veldproef ook verschillende methoden ingezet om de bodemgezondheid te verbeteren. Voor het wetenschappelijke artikel waren vooral de behandelingen met compost, chitine, tagetes, gras-klaver, biofumigatie en biologische grondontsmetting het meest interessant.

De Bodemgezondheidsproef

In het voorjaar van 2006 is op de Wageningen University | Open Teelten-proeflocatie Vredepeel (Limburg) een perceel geselecteerd met een natuurlijke besmetting van wortellesieaaltjes (Pratylenchus penetrans) en de bodemschimmel Verticillium dahliae. Beide bodempathogenen zijn zeer relevant omdat ze, zowel afzonderlijk als in interactie, grote schade kunnen veroorzaken bij o.a. aardappel, lelie en talloze groentegewassen, waaronder aardbei. Vervolgens zijn er vier bedrijfssystemen gestart: twee conventioneel (CNV): met inzet van o.a. kunstmest en gewasbeschermingsmiddelen en twee biologisch (ORG): SKALL gecertificeerd. Gedurende 2006 is er graan geteeld. Na de oogst van het graan zijn tot aan het voorjaar van 2007 verschillende maatregelen toegepast om de bodemgezondheid te beïnvloeden:

Compost: op 31 oktober is 50 ton/ha compost in de grond gebracht. In dit geval is gekozen voor een groencompost die voor circa 70% bestaat uit uitgerijpt hout aangevuld met 15% blad en 15% gras en fijne houtsnippers geënt met Trichoderma (Firma Orgaworld). Bij de toediening van compost wordt geprobeerd om factoren, zoals de bodemstructuur, de organische stof voorraad en het leefmilieu van het bodemleven te verbeteren (Blok, 2000). Daarnaast is vanuit onderzoek bekend dat compost signalen van de plant (zoals wortelexudaten) naar aaltjes zou kunnen verstoren, zodat de aaltjes de plant minder belagen.
Chitine: op 13 maart 2007 is 20 ton/ha chitine (in dit geval in de vorm van gemalen garnalen, Gembri van Ecoline) aan de grond toegevoegd. Vanuit literatuur is bekend dat bij de omzetting van dit materiaal o.a. ammoniak ontstaat, dat kan leiden tot directe doding van bodemorganismen. Daarnaast reageren de in de bodem aanwezige chitinolytische micro-organismen die het chitine gaan afbreken. Over de gevolgen van eventuele omzettingsproducten en of diezelfde organismen ook andere bodemorganismen zoals aaltjes en aaltjeseieren gaan gebruiken als voedselbron is nog weinig bekend.
Tagetes: vanaf begin augustus tot en met half december zijn op sommige veldjes afrikaantjes (Tagetes patula) geteeld. Het is bekend dat wortellesieaaltjes door aanprikken van de wortels actief gedood kunnen worden.
Gras-klaver: op sommige veldjes is gras-klaver geteeld. De teelt van groenbemesters, zeker mengsels met stikstofbindende gewassen zoals klavers, wordt vaak bewust gekozen om iets positiefs te doen voor de bodem. De gewassen leggen verschillende nutriënten vast, leveren organische stof en zijn positief voor de bodemstructuur. De groenbemesters kunnen echter ook waardplant zijn voor bodemorganismen, zoals plantparasitaire aaltjes of (mycorrhiza)schimmels.
Biofumigatie (Biofum): biofumigatie richt zich op het telen van gewassen met bepaalde inhoudstoffen. Enkele voorbeelden van dergelijke gewassen zijn koolsoorten, bladrammenas en mosterd. Als deze gewassen ingewerkt worden in de bodem, worden glucosinolaten omgezet in isothiocyanaten, die giftig zijn en qua werking erg veel lijken op het natte grondontsmettingsmiddel metamnatrium.
Biologische grondontsmetting BGO: in augustus 2006 is 50 ton/ha vers organisch materiaal (in dit geval Italiaans raaigras) in de grond gebracht en gedurende minimaal 12 weken afgedekt met plastic. Bij de omzetting van het organische materiaal ontstaan verschillende afbraakproducten en wordt zuurstof onttrokken waardoor het bodemleven verandert.
Controle (braak): hierbij zijn na de teelt van de granen de veldjes onbehandeld gebleven, en werd de grond mechanisch of chemisch vrijgehouden van onkruid of zaadopslag.

Bovenop de bodemgezondheidsbehandelingen werd in de helft van de bedrijfssystemen Japanse haver (Avena strigosa) als herfstgroenbemester gezaaid, terwijl in de ander helft Rogge (Secale cereale) werd gezaaid.

Nadat de verschillende behandelingen waren uitgevoerd is in 2007 aardappel, in 2008 lelie en in 2009 wederom graan geteeld. Na de graanoogst van 2009 zijn de behandelingen voor de tweede keer toegepast, waarna in 2010 aardappel, in 2011 peen en van 2012 tot en met 2016 mais is geteeld. Gedurende het project worden veel verschillende metingen uitgevoerd om te onderzoeken wat er in de bodem veranderd. Ten eerste wordt er uitgebreid gekeken naar de aaltjes en Verticillium dahliae. Van de gewassen worden verschillende opbrengst en kwaliteitsaspecten bepaald. Daarnaast worden verschillende abiotische karakteristieken van de grond bepaald, zoals de pH, organische stof en belangrijkste nutriënten. Binnen het project worden ook verschillende moleculaire technieken onderzocht en biotoetsen uitgevoerd met grond afkomstig uit de veldproef. Voor meer info zie Korthals et al. (2014).

Wat is er voor het wetenschappelijke artikel gemeten?

Laura en haar collegae hebben in augustus 2015 van een deel van de plots grond verzameld. Na mengen van de grond is deze opgesplitst in twee porties. Een portie is gevriesdroogd om daarna de fosforeiwitten (PLFA) en neutrale vetzuren (NLFA) te analyseren. Het gaat hier om het analyseren van vetzuren die de membraan vormen van alle levende cellen. Verschillende groepen organismen hebben verschillende PLFA’s en NLFA’s. Dit kenmerk wordt gebruikt als biomarkers voor de samenstelling van de microbiële gemeenschap, om effecten van het bodembeheer zichtbaar te maken. Deze methode geeft informatie over relatieve hoeveelheden schimmels, bacteriën en actinomyceten. Bovendien wordt onderscheid gemaakt tussen saprotrofe schimmels en mycorrhiza schimmels, en tussen zogenaamde Gram positieve en Gram negatieve bacteriën die kunnen worden beschouwd als respectievelijk langzame en snelle groeiers. Het andere bodemmonster werd bij 4C bewaard om er o.a. chemische en fysische bodemparameters aan te bepalen. Daarnaast is deze grond gebruikt om met behulp van de Microresp^tm (Cambell et al. 2013) methode naar het functioneren van de microbiële gemeenschap te kijken. Naast de bodemanalyses is in maart 2016 opnieuw grond verzameld uit de veldproef om een bio-assay uit te voeren. In 5 liter potten werden 12 zaden van Japanse haver of 10 zaden van rogge gezaaid. Na 47 dagen werd hiervan de bovengrondse biomassa en de C- en N-gehalten in het blad bepaald.

Wat zijn de belangrijkste resultaten?

Uit de PLFA, NLFA en Microresp^tm bleek dat plots met biologische management (ORG) en Japanse haver een hogere bacterie- en schimmel-biomassa hadden dan de conventioneel (CNV) beheerde plots met rogge. De algehele bodemrespiratie en het vermogen om complexere zuren af te breken bleek hoger in de ORG en rogge plots. Voor de afbraak van makkelijk afbreekbare koolstoffen werden echter geen verschillen waargenomen. Hoewel er voor de organische stof hoeveelheid (SOM) nog geen significante verschillen werden gevonden als gevolg van het type beheer en/of de gebruikte groenbemesters, waren er in de opgeloste organische koolstof (DOC) wel enkele significante verschillen te zien. Van de in 2006 en 2009 toegepaste bodemgezondheidsmaatregelen werden over het algemeen minder duidelijke verschillen gevonden, wat waarschijnlijk komt doordat de effecten gedurende de 6 jaren waren uitgedoofd en overschaduwd zijn door het beheer en de gebruikte groenbemesters. Uit de biotoets werd duidelijk dat de biologisch beheerde (ORG) grond ten opzichte van de conventioneel beheerde grond een hogere biomassa en lagere C:N ratio opleverde bij beide groenbemesters. Bij het meten van de fysische aspecten werd nog gevonden dat de ORG gronden inmiddels minder waterafstotend waren.

Conclusies

In dit langlopende veldonderzoek komt duidelijk naar voren dat het type bodemmanagement (ORG versus CNV) in combinatie met specifieke groenbemesters en bodemgezondheidsmaatregelen, de bodem microbiologische gemeenschap en het functioneren significant kunnen veranderen. Na 10 jaar van biologisch beheer zijn de bodems en hun microbioom inmiddels beter in staat om moeilijk afbreekbare stoffen om te zetten en nutriënten beschikbaar te maken voor de gewassen. Sommige resultaten geven ook aan dat dit waarschijnlijk al gevolgen heeft voor de opbouw van de bodem organische stof en andere fysische aspecten zoals de opname van water. Dit soort veranderingen maken de bodems duurzamer, veerkrachtiger en minder kwetsbaar voor bijvoorbeeld de gevolgen van klimaatverandering.

Literatuur

Laura B. Martínez-García; Gerard Korthals; Lijbert Brussaard; Helene Bracht-Jørgensen; Gerlinde B De Deyn. Organic management and cover crop species steer soil microbial community structure and functionality along with soil organic matter properties. Agriculture Ecosystems and Environment 263 (2018) 7-17

Campbell, C.D., Chapman, S.J., Cameron, C.M., Davidson, M.S., Potts, J.M., 2003. A rapid microtiter plate method to measure carbon dioxide evolved from carbon substrate amendments so as to determine the physiological profiles of soil microbial communities by using whole soil. Applied and environmental microbiology 69, 3593-3599.

Korthals, G.W., Thoden, T.C., van den Berg, W., Visser, J.H.M., 2014. Long-term effects of eight soil health treatments to control plant-parasitic nematodes and Verticillium dahliae in agro-ecosystems. Applied Soil Ecology 76, 112-123.