Vruchtbaar Landschap Biodiversiteit van de bodem: wat hebben we eraan? Een schets van de mogelijkheden voor functionele agrobiodiversiteit in de bodem Kurt Cornelissen Sint-Laureins, 25 mei 2009
1. Inleiding Steeds strengere regels in de landbouw voor toepas sing van gewasbeschermingsmiddelen meststoffen Er moet worden gezoc ht naar nieuwe manieren om aan nieuwe eisen te voldoen en tegelijkertijd een goede opbrengs t te produc eren
Functionele agrobiodiversiteit Bovengronds e biodiversiteit Er wordt nu vooral bovengronds gekeken naar biodiversiteit met bloemrijke, bloeiende akkerranden: sluipwespen, gaasvliegen, lieveheersbeestjes,... Voor biologische plaagbestrijding van luizen, slakken,... Ondergronds e biodiversiteit Kan de biodiversiteit ook functioneel benut worden ondergronds, in de bodem? Een divers bodemleven is essentieel voor een gezond gewas: wormen, geleedpotigen, micro-organismen, voor verbetering en instandhouding van bodemvruc htbaarheid en bodems tructuur Gebruik maken van de ecologische diensten van biodiversiteit in de landbouw: het bodemleven levert de diensten bodemstructuur en bodemvruchtbaarheid
Het droombeeld voor de toekomst Minder milieubelasting, meer natuur, ook in de bodem Een gestimuleerde bodembiodiversiteit kan de bodemvruchtbaarheid en de bodemstructuur in stand houden met (veel) minder kunstmest en minimale grondbewerking, waarbij het gewas optimaal kan groeien. Hoe kan de bodem voor ons werken?
Laat de bodem voor ons werken Wat zal er moeten gebeuren op bedrijfsniveau om het bodeml even de bodemstructuur en bodemvruc htbaarheid in stand te laten houden in de akkerbouw in termen van: Grondbewerk ing en verdichting Bemesting Akkerranden en andere onproductieve landschapselementen en organische stof
Twee gezichtspunten Vanuit de bodemecol ogie Wat is er bekend over effecten van grondbewerking en verdichting door berijden, van organische stof en akkerranden op het vóórkomen en de verbreiding van bodemorganismen? Vanuit de agrariër Wat merkt de agrariër van het bodemleven en wat kan hij/zij doen om de ecologische diensten van het bodemleven te stimuleren op de productiepercelen?
Wat is bodemvruchtbaarheid? Bodembiologie Bodemchemie Bodemfysica
Bodemchemie Gekend verhaal, doorgedrongen tot in de praktijk N, P, K, Mg, Ca, ph EC
Bodemfysica Gekend, niet altijd ten volle benut in de praktijk Zand leem - klei Vaste delen lucht water Verdichting Cohesie of erosie Invloed van bodembewerking Invloed van begroeiing
Bodembiologie Weinig bekend in de gangbare landbouw, nauwelijk benut Kwantiteit! Kwaliteit : grote diversiteit In 1 m 3 grond : - honderden miljoenen bacteriën - honderden meters schimmeldraden - duizenden protozoa - nematoden, insecten, mijten, Totaal : 20.000 kg (80 % bacteriën & schimmels)
Bodemorganismen : bescheiden maar onmisbaar organische stof 7% dood organisch materiaal 85% bodemorganismen 5% bacteriën & actinomyceten 40% Bodemdieren schimmels & 20% algen 40% minerale bodem 93% gewichtsprocenten plantenwortels 10% Bodemorganismen: minder dan 1% van bodemgewicht Bodemdieren: minder dan 0.1% Wat stelt dat voor?...
Hoeveel koeien zitten er onder de grond? 100.000 per m 2 90 kg/ha 4.000.000 per m 2 4 kg/ha 200 per m 2 2600 kg/ha
2. Het bodemleven Onder je voeten een heel andere wereld
Bodembiologie Heel veel onbekende soorten Complexe relaties samenwerking rovers en prooien Bodemvoedselweb (cfr. Afrikaanse savanne)
Plantenwortels De wortels van planten kunnen ook gerekend worden tot bodemorganismen. Ze houden de bodem vast en leveren voedsel voor ander bodemleven. In feite staan ze, naast bovengrondse plantenresten, aan het begin van de voedselketen. Zowel dode als levende wortels worden gegeten door het bodemleven. Bovendien scheiden wortels organische stof fen uit in de bodem. Deze stoffen kunnen als voedsel dienen voor bacteriën.
Micro-organismen: bacteriën en schimmels Sommige bacterie- en schimmelsoorten kunnen een samenlevingsverband aangaan met planten. Vrijlevende bacteriën binden tot 10 kg/ha/jaar aan stikstof uit de lucht in de bodem, maar in samenwerking met (vlinderbloemige) planten kan dat oplopen tot wel 325 kg/ha/jaar. Een gram bodem kan meer dan een miljard bacteriën bevatten. Bacteriën zijn onder andere verantwoordelijk voor de afbraak van organische verbindingen en de omzetting van ammonium (NH 4 ) naar nitraat (NO 3 ). Door de uitscheiding van slijm kunnen bacteriën kleine bodemdeeltjes samenplakken en zodoende bijdragen aan de bodemstructuur. Schimmels vormen lange draden in de bodem waarmee ze water en voedingsstoffen opnemen en dood organisch materiaal afbreken. In tegenstelling tot bacteriën mineraliseren schimmels materiaal dat moeilijker afbreekbaar is en kunnen ze niet goed gedijen in een zuurstofarme omgeving. Door de schimmeldraden kunnen bodemdeeltjes verpakt worden tot stabiele aggregaten. )
Bacteriën Types Afbrekers : leven van wortelexuda ten Mutualisten : samenwerking (cfr. stikstofbinding) Pathogenen : ziekteverwekk ers Lithotrofen : beetje als de afbrekers Produceren slijm : vastklitten bodemdeeltjes
Schimmels Types Afbrekers Mutualisten : samenwerking (cfr. mycorrhiza) Pathogenen : ziekteverwekk ers Breken lignine af Belangrijk voor humusopbouw
Samenwerkende micro -organismen en planten Deze plantenwortels zijn geïnfecteerd met bacteriën (Rhizobium) die in witte knolletjes aan de wortels zitten, waarmee ze samenleven (symbiose). De bacteriën kunnen stikstof uit de lucht (N 2 ) vastleggen in voor de plant bruikbare vorm. Daar tegenover levert de pl ant suikers aan de bacteri ën. (foto: L. Brussaard)
Protozoa Eéncelligen Types Amoeben Geseldieren Trilhaardieren Maken nutriënten door eten van bacteriën
Nematoden Plantparasieten Velen eten enkel bacteriën, schimmels en protozoa
Wormen Soorten Rode worm Leven aan de oppervlakte Maken zelf geen gangen Grauwe worm Eten zich weg doorheen de grond Structuurverbetaar Tot 40 cm diep Pendelaars Verticale gangen (tot meer 1 m diep) Drainage Verkleinen organisch materiaal Verspreiden het doorheen de bodem (pendelaars)
Regenwormen, strooiselbewoners Zijn vaak donker gekleurd. Worden 6 tot 15 cm lang Komen onder bijna alle omstandigheden in Nederland voor Leven vooral in de oppervlakkige strooisellaag, waar ze dood organisch materiaal eten Zorgen voor verkleining van plantenresten en bevorderen de afbraak daarvan. De uitwerpselen bevatten nog steeds 90-95 % van de oorspronkelijke inhoud aan organische stof (foto: R. de Goede)
Regenwormen, bodembewoners Licht van kleur (roze of grauw) Worden 8 tot 14 cm lang Zitten tot 40 cm diep in de bodem Eten grond rijk aan organische stof Maken gangen en mengen grond met organische resten Zijn daardoor erg belangrijk voor de bodemstructuur (foto: R. de Goede)
Regenwormen, pendelaars Donker gekleurde voorkant Lichter gekleurd, afgeplat achterlijf Kunnen 9 tot 30 cm lang worden Graven diepe gangen, komen soms boven Trekken dood organisch materiaal van de oppervlakte hun gang in om op te eten Dragen door hun indrukwekkende gangen bij aan een goede drainage van de bodem Scheiden grond uit als goed herkenbare wormenhoopjes (keren letterlijk de grond binnenste buiten) (foto: R. de Goede)
En vele anderen Springstaarten Mijten Kevers Mollen
Geleedpotigen: miljoenpoten en pissebedden Leven onder vochtige omstandigheden Kunnen zich goed verplaatsen over de oppervlakte Eten dood organi sch materiaal Verkleinen plantenres ten Komen vooral aan de oppervl akte voor Uitwerpselen bevatten veel organische stof Uitwerpselen vormen kleine hot spots van microbiële afbraak op de plekken waar ze worden uitgescheiden.
Geleedpotigen, springstaartjes en mijten Een springstaartje Springstaarten (Collembola) en mijten (Acari) vormen een enorme groep diersoorten die zowel op als in de bodem leven. In sommige bodems komen wel 250 soorten en 100.000- en individuen mijten per vierkante meter grasland voor! De meeste springstaarten zijn 0,2-2 mm groot. Ze eten voornamelijk plantenresten en schimmels, en maken zodoende voedingsstoffen vrij voor gewassen. Bovendien stimuleert het grazen van schimmels de groei van nieuwe uitlopers van schimmeldraden. Mijten zijn kleine achtpotige dieren. Ze behoren tot de spin-achtigen. Ze worden 0,2-0,5 mm groot. De mosmijten eten voornamelijk plantenresten. Er zijn ook veel roofmijten die jagen op alles wat kleiner is dan zijzelf. De meeste overige mijten grazen van schimmels en bevorderen daardoor weer de groei van schimmeldraden. springvork Een roofmijt
Uitwerpselen van springstaarten en mijten Uitwerpselen van springstaarten in een bodemporie. De ronde vormen zijn de keutels (a) afgezet in een porie (b). De porie kan door een regenworm of een wortel gevormd zijn waarin springstaarten of mijten leven. Linksboven een fragment van plantaardig weefsel (c).
Belang van bodemleven Afbreken van dood materiaal Door predatie worden voedingsstoffen voor planten vrijgesteld Samenwerking met planten Ziekteverwekkers
Invloeden op bodemleven Vocht Lucht Temperatuur Zuurtegraad Bemesting Vruchtafwisseling Grondbewerking
3. Bodemleven in de landbouw Verstoringen door intensieve grondbewerking Problemen: Verdichting door zware machines op het land Organische stofbalans onevenwichtig
3.1. Ecologische diensten bodemvruchtbaarhe id en bodemstructuur vanuit het bodemleven Grondbewerking Verdichting Organische stof
Grondbewerking Grondbewerking Minder regenwormen en andere bodemdi eren die juist de grondbewerk ing kunnen overnemen Groter verlies van organische stof, wat juist nodig is voor het bodemleven als voedsel, waaraan het vrijkomen van mineralen is gekoppeld Intensieve versus minimale grondbewerking Minimale grondbewerk ing verstoort de bodem zo weinig mogelijk Het bodemleven krijgt zo de kans om zich te herstellen
Grondbewerking Bodemleven en structuuropbouw Door graaf- en vreetwerk bouwen regenwormen een stabiele kruimelstructuur De uitwerpselen van regenwormen bevatten nog veel organische stof, wat bijdraagt aan de bodemvruchtbaarheid. Bacteriën lijmen bodemdeeltjes aan elkaar. Schimmels kunnen aggregaten verpakken tussen draden. Vicieuze cirkel: grondbewerking vermindert bodemleven, minder bodemleven vermindert structuuropbouw, wat weer grondbewerking noodzakelijk maakt
Grondbewerking Het bodemleven wordt gestimuleerd door de bodem minder intensief te bewerken (ondiep, tot maximaal zo n 5 cm diep tegen onkruidontwikkeling). Zodoende kan het bodemleven de grondbewerking overnemen en de bodemstructuur in stand houden.
Grondbewerking en bodemleven Sorghum/klaver Sorghum/rogge Gangbaar Geen Gangbaar Geen Regenwormen 276 860 149 967 Mijten 37206 104027 41081 78256 Springstaarten 7727 12487 6244 14684 Hoeveelheden regenwormen, mijten en springstaarten per vierkante meter onder gangbare en geen grondbewerking van twee gemengde teeltsystemen in Georgia (VS) In grond met minimale grondbewerking komen relatief meer schimmels voor dan bacteriën, vergeleken met grond met gangbare grondbewerking.
Verdichting Berijden van de bodem -> verdichting in rijsporen Reductie van gewasgroei Ploegen van de bouwvoor -> verdichting in ploegzool Reductie van wortelgroei Nadelig effect op het voork omen van regenwormen en andere bodemorganismen Gebruik van vaste rijpaden vermijdt onnodige verdichtingen Kan een divers bodemleven bovendien helpen deze verdichtingen tegen te gaan?
Verdichting in de bodem en wortelgroei Schematische voorstelling van het effect van een ploegzool op de groei van een gewas. Links een uitbundige, diepe beworteling in een losse bodem. Rechts een minieme ondiepe beworteling door de blokkerende ploegzool.
Verdichting in de bodem en gewasgroei Voorbeeld van gereduceerde groei op een perceel met een aardappelgewas. Door het rijden met zware machines trad er verdichting op, waardoor de aardappels het moeilijk kregen. De hoge planten staan op deze foto tussen de rijsporen in (foto: B. Boots).
Vaste rijpaden Met behulp van GPS (Global Positioning System) kunnen rijpaden steeds weer worden teruggevonden. Hierdoor worden verdi chtingen door zware machines ruimtelijk beperkt. Onderzoek naar het gebruik van vaste rijpaden toont aan dat er een hogere gewasopbrengs t gehaald kan worden. RTK-GPS (Real Time Kinematic Global Positioning System) is een plaatsbepalingtechniek waarbij naast informatie van satellieten ook een eigen referentiestation wordt gebruikt. Dit is anders dan bij reguliere GPS, waar alleen satellieten de informatie leveren. Door het gebruik van een eigen referentiepunt is de plaatsbepaling vele malen nauwkeuriger. Afwijking: Standaar d GPS: 10-100 meter RTK-GPS: 5-30 millimeter Kaarsrechte lijnen bij het aanleggen van aardappelruggen met een mobiel RTK-GPS station (foto: sgb-innovaties)
Verdichting en bodemleven 900 Normale belasting Lage belasting Aantal regenwormen per m 2 800 700 600 500 400 300 200 100 0 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 Jaar Voorkomen van regenwormen in de toplaag van de bodem bij verschillende intensiteit van belasting met tractoren.
Verdichting Verdichtingen kunnen worden verminderd door de activiteit van regenwormen. Eerst moet de verdichting worden doorbroken (eenmalig machinaal, in combinatie met de teelt van een diepwortelend gewas). Berijding daarna zo veel mogelijk beperken tot vaste rijpaden. De resterende verdichtingen kunnen dan door het gestimuleerde bodemleven worden hersteld Ploegzolen moeten worden vermeden door minimaal ploegen, wat het bodemleven stimuleert
Organische stof Brandstof voor het bodemleven Verbetert bodemstructuur Vergroot bodemvrucht baarheid Door landbouwactiviteiten vermindert het gehalte aan organische stof in de bodem. Zonder organische stof weinig bodemleven. Kan een divers bodemleven de bodemvruc htbaarheid verbeteren?
Organische stof Ander organische stofbeheer : Aanvoer van organische stof door groenbemesters, gewasresten en organische meststof fen Aandacht voor de organische stof balans Bemesten ook met het oog op het stimuleren van bodemleven
Aggregaten in de bodem akkerland grasland a Aggregaten zijn samenklonteringen van bodemdeel tjes en organisch materiaal. Uitwerpselen van regenwormen (a en b) zijn vooral na indrogen stabiel en kunnen bijdragen aan de porositeit en een betere kruimelstructuur van de bodem. Aggregaten kunnen ook anders gevormd worden (c en d). Veelal bevatten de aggregaten die door regenwormen zijn gevormd nog veel organisch materiaal. Door de beschermende eigenschappen van het aggregaat, kan deze organische stof op langere termijn bewaard blijven. b c % aggergaten stabiel in water 80 pendelaar 75 bodembew oner 70 65 60 55 50 10 20 30 40 50 60 % klei in moedermateriaal De vorming van stabiele aggregaten hangt af van het kleigehalte van de oorspronkelijke bodem en de soort regenworm d
Conclusies (1) Het bodemleven is in staat de bodemstructuur op te bouwen en te handhaven. Dat gebeurt ook onder natuurlijke omstandigheden, waar verstoring minimaal is. Normale en diepe grondbewerk ing is niet gunstig voor het bodeml even. Het leidt tot een vicieuze cirkel, waarbij het bewerken van de grond het gravende bodemleven uitschakelt, zodat er steeds weer intensief bewerkt moet worden om de beoogde bodemstructuur in stand te houden. Het berijden van productiepercelen is tot dusver onvermijdbaar. Verdichtingen kunnen echter nadelig zijn voor verschillende groepen van bodemorgani smen. Het is dus zaak om het berijden zo veel mogelijk te beperken. Sterk wortelende gewassen en de grotere gravers onder de bodemdi eren zijn in staat om verdichtingen in de vorm van pl oegzolen en rijsporen op te heffen, waarbij ze bovendien de waterhuishouding verbeteren.
Conclusies (2) Het bodemleven heeft organische stof nodig als voedsel, wat, door afvoer van oogstproducten, grondbewerk ing en in mindere mate door bodemverdi chting kan teruglopen. Willen we het bodemleven een belangrijke rol laten spelen in de ecologische diensten bodemstructuur en bodemvruc htbaarheid, dan is het zaak om alle aspecten van het bodembeheer in samenhang te optimaliseren
3.2. Ecologische diensten bodemvruchtbaarheid en bodemstructuur: hoe ziet de agrariër het?.naar een ideaalbeeld minder belasting op de bodem berijden zoveel mogelijk vermijden, beperken tot vaste rijpaden minimale grondbewerk ing kerend ploegen alleen in de bovenste 5 cm, tegen onkruidontwikkeling wijde rotaties voor plaagwering veel organische stof toevoegen, vooral ook voor het bodeml even
4. Akkerranden en het bodemleven Goed voor de bovengronds e plaagbestrijding ook voor het bodeml even dat belangrijk is voor bodemstructuur en bodemvruc htbaarheid? Verbreidingsvermogen van bodeml even is echter niet zo groot als dat van bovengronds e dieren Tarwe naast een bloeiende akkerrand op het bedrijf van Cees Schelling (foto: B. Boots)
Verbreiding van bodemleven Springstaarten en mijten migreren actief naar vochtige en voedselrijke omgevingen. Bovengrondse soorten verplaatsen zich sneller dan ondergrondse, vooral ook omdat de wind dan mee kan helpen. In een berkenbos ontdekten onderzoekers dat springstaarten zich verspreiden met 0,5-8,25 cm/dag, terwijl mijten een afstand van 0,6 16,5 cm/dag kunnen overbruggen. De snelheid hangt van de soort af. De gemiddelde verspreidingssnelheid (m/jaar) van de drie ecologische groepen regenwormen in grasland. 1 Lumbricus rubellus, Aporrectodea caliginosa; 2) Allolobophor a chlorotica; 3) Lumbricus terrestris; Strooiselbewoner Bodembewoner Pendelaar Snelheid > 10 1) 4 2) 9 1) 1,4 3)
4. Akkerranden en het bodemleven Speciaal beheer van de randen, niet alleen voor bovengrondse biodiversiteit maar ook voor ondergrondse Maaisel laten liggen voor voeds el en beschutting Zaaien van voeds elrijke planten voor het bodemleven Beperken van verschillen in bodemei genschappen tussen akker en akkerrand Er is tijd nodig voor de verbrei ding van het nutti ge bodemleven Een grasrand naast een akker met veel organisch materiaal op de bodem (foto: B. Boots)
5. Laat de bodem voor ons werken! Richting die we op moeten gaan voor een bodeml even dat voor ons werkt: afbouw van het gebrui k van bestrijdingsmiddelen minder (kunst)meststoffen en relatief meer organische meststoffen het organische stofniveau waar nodig herstellen de balans van de organi sche stof handhaven minder berijden en bij voorkeur op vaste rijpaden minder grondbewerk ing, zo ondiep mogelijk meer akkerranden, die óók beheerd worden ter bevorderi ng van het bodeml even
5. Laat de bodem voor ons werken! Uitdagingen afbouw van het gebruik van bestrijdingsmiddelen minder (kunst)meststoffen en relatief meer organische meststoffen het organische stofniveau waar nodig herstellen de balans van de organische stof handhaven minder berijden en bij voorkeur op vaste rijpaden minder grondbewerking, zo ondiep mogelijk meer akkerranden, die óók beheerd worden ter bevordering van het bodemleven duurzame landbouw minder verontreinigingen precisielandbouw goed waterbergend vermogen van de bodem Kansen kostenbesparing op inputs zoals arbeid en brandstof ontwikkeling van GPS in de landbouw beter imago bij collega s en de burger
5. Laat de bodem voor ons werken! Risico s ingrijpende omschakeling in de bedrijfsvoering kans op lagere opbrengst gedurende de omschakelingsperiode Knelpunten er is compensatie nodig voor eventuele opbrengstderving nog weinig ervaring op het gebied van het gebruik van de ecologische diensten van het bodemleven beheer van organische stof balans moet gerealiseerd worden
6. Nieuwe vooruitzichten, nieuwe vragen, nieuwe samenwerking Samenwerking tussen agrariërs, wetenschappers, overheid en burgers is nodig om het ideaalbeeld voor de toekomst praktisch gestalte te kunnen geven: Agrariërs die bereid zijn om hun land beschikbaar te stellen en actief mee te doen met meerjarig onderzoek Akkerrandbeheerders die hun doelstellingen willen verbreden Wetenschappers van uiteenlopende kennisgebieden Overheden die experimenteerruimte bieden De werktuigindustrie en andere toeleveranciers Afnemers van ecologische diensten buiten de landbouw (met name waterbeheerders) Landbouw- en publieksvoorlichters
De uitdagingen zijn groot De kansen ook
Contact Provinciaal Proefcentrum voor de Groenteteelt Kurt Cornelissen Karreweg 6 9770 Kruishoutem 09/381.86.86 kurt.cornelissen@proefcentrum -kruishoutem.be