dinsdag 17 oktober 2017

Ons voedsel (8c): hoe ziet de wereldwijde voedselmarkt eruit

In 2 eerdere blogs heb ik gekeken naar de voedselmarkt, in blog Ons voedsel (8a) heb ik gekeken naar de consolidatie van de 10 grootste voedselverwerkende concerns. In blog Ons voedsel (8b) heb ik gekeken naar de biologische concerns.
Hoe ziet dat er echter uit als je naar nationale systemen in plaats van concerns kijkt?
Nederland is een grote speler op de wereldwijde voedselmarkt. Een artikel van september 2017 in de National Geographic zette Nederland sterk in de spotlights: Nederland voedt de wereld! Maar hoe ziet die markt er uit, hoe is die wereldwijd verdeeld en hoe groot is Nederland nu eigenlijk?

Verandering van de wereldwijde voedselmarkt

Een studie uit 2012 geeft een goed overzicht van de wereldwijde voedselmarkt op basis van de FAO voedseldatabase en de UN comtrade database. Op basis hiervan is inzicht verkregen in de ontwikkeling van de wereldwijde handel in voedsel, zoals in onderstaande figuren is te zien. De linker figuur laat zien dat de wereldwijde voedselproductie sterk is gestegen, de wereldwijde export, dus het verhandelen van het voedsel tussen landen, is nog sterker gestegen. De rechter figuur laat zien dat meer en meer voedsel tussen landen wordt verhandeld: de export/productie ratio is gestegen tusen 1950 en 2010 van minder dan 10% naar bijna 60%. 

Bron: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0037810
De verwevenheid tussen landen is dus enorm toegenomen. Dit is veroorzaakt door een enorm scala aan oorzaken, factoren die hierbij hebben meegespeeld zijn bijvoorbeeld:
- De groei van de bevolking per land en de groei van de voedsel productie per land is niet gelijk, waardoor bepaalde landen steeds meer afhankelijk worden van externe voedselproductie, zie een blog 3b over ons voedsel (onderstaande figuur laat alleen de netto handel zien).

Voedsel import en export per regio
Bron: http://soilandstate.blogspot.nl/2015/01/the-global-food-market-political.html

- Door betere logistiek is het mogelijk geworden om alles naar overal te verschepen, of het nu boontjes zijn uit Egypte, appels uit Nieuw Zeeland of sinaasappels uit Spanje. 
- De handelsbedrijven die de ons voedsel in de vorm van bulkproducten verschepen over de aarde zijn steeds groter geworden, waardoor ze ook steeds beter in staat zijn geworden om de vraag aan het aanbod te verbinden (zie deze blog over de tussenhandel)
- De grote voedselverwerkende bedrijven zijn steeds globaler vertegenwoordigd (zie een eerdere blog hierover)

bedrijven achter de merken
Bron: http://www.behindthebrands.org/

Waar komt de meeste export vandaan

De mondiale top 5 bestaat uit de USA, Nederland, Duitsland, Brazilie en Frankrijk. Nederland bezit hier de 2e positie en is verantwoordelijk voor ongeveer 7a 8% van de wereldwijde export.

Bron: http://www.momagri.org/UK/agriculture-s-key-figures/France-is-gradually-losing-its-place-among-major-agricultural-export-powerhouses-_1058.html
Hoewel de wereldwijde export dus sterk is toegenomen, is het onduidelijk in hoeverre de wereldwijde export vooral de regionale markt bediend. Onderstaande figuur laat de situatie van 1998 zien. Hierin wordt direct zichtbaar dat zelfs de grote voedsel producerende landen toendertijd op de wereldmarkt vooral exporteerden naar een beperkt aantal landen.

Bron: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0037810
Waar deze situatie in 1998 nog sterk regionaal was, is juist sinds 1998 de wereldwijde landhandel sterk op gang gekomen. Hierbij wordt vooral door rijkere landen land gekocht in de armere landen vooral Afrika (zie de figuur hieronder). De verwachting is dat de voedselhandel hierdoor een minder sterk regionaal karakter heeft gekregen. De bovenaan de blog getoonde figuur met de export/productie ratio wijst wel in die richting: sinds 2000 is de ratio sterk gestegen van ongeveer 0,3 naar 0,6. Een goed figuur per land vereist echter een nieuwe studie...

Wereldwijde land koop en verkoop
bron: http://old.grida.no/graphicslib/detail/africa-a-global-market-for-large-scale-land-acquisitions_2fd1

Terug naar de Nederlandse afzet

Nederland is dus inderdaad een grote speler is in de wereld van de voedselhandel. Maar Nederland is op dit moment vooral een sterk regionale speler: in 2015 ging 58% van de export naar andere Europese landen (Duitsland, Belgie, het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk en Italie).

Bron: https://www.government.nl/binaries/medium/content/gallery/government/content-afbeeldingen/ministeries/ez/land-en-tuinbouw/landbouwcijfers-2016_eng.png
Voedt Nederland met deze cijfers de wereld? Niet echt. Wereldwijd produceren we 1,8% van de zuivel, 1,1% van het vlees en 0,24% van het plantaardige voedsel.
De mate waarin Nederland dus de wereld voedt is maar net hoe je het bekijkt. Nederland is absoluut een sterke regionale speler op het vlak van agro-producten, maar de wereld voeden, dat lijkt toch iets te sterk uitgedrukt.

zondag 1 oktober 2017

Verbeterde voedselproductie (8): schimmels en regenvorming

Zoals ik in een eerdere blog heb aangegeven kan neerslag worden gevormd door verschillende typen condensatie- en ijskernen. Onderstaande figuur laat de impact van verschillende ijskernen duidelijk zien. Het laat het aantal nucleaties (faseovergangen van gas naar vloeibaar of vaste vorm) zien van verschillende typen ijskernen bij verschillende temperaturen. Bij deze publicatie is 1 onderzoek meegenomen waarbij schimmels van de stam Cladosporium zijn onderzocht; dit is een schimmel die veel binnen- en buitenshuis voorkomt. De sporen van deze schimmel worden passief (door de wind) verspreid.

Nucleaties per type ijskern bij verschillende temperaturen
Bron: http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/cs/c2cs35200a
Recent onderzoek laat zien dat sporen van andere schimmelsoorten mogelijk een zeer belangrijke rol spelen bij de vorming van neerslagkernen. Om dit beter te snappen wil ik eerst kijken naar sporen verspreiding en daarna inzoomen op de impact van sporen op neerslag.

Hoe verspreiden schimmels hun sporen

In het rijk der schimmels worden de sporen op ontzettend veel verschillende manieren verspreid. Sommige schimmels, (maar ook planten), schieten hun sporen weg, zoals deze overzichtsstudie laat zien. Andere schimmels verspreiden hun sporen door gebruik te maken van de energie van vallende regendruppels etc.
De verspreidingsmechanismen kunnen als volgt worden opgedeeld:

Passieve verspreiding
  • Verspreiding van droge sporen door de wind
  • Verspreiding van plakkerige groepen sporen via dieren, insecten of drijvend op water
Actieve verspreiding
  • Openbarsten: het openbarsten van een reservoir, waardoor de daarop gelegen sporen worden gelanceerd.
    Osmotische drukverandering. Hierbij wordt door de osmotische drukverandering een membraan wat hol is, naar buiten geklapt. Hierdoor wordt de spore gelanceerd. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de genus Sphaerobolus.
    Bron: https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review
    Vloeistof jetstraal. Hierbij is een reservoir gevuld met cel vloeistof. Als de druk groot genoeg is (boven de 0,55 mPa), breekt het reservoir open en wordt de spore gelanceerd door een jetstraal van de opgeslagen vloeistof. Doordat het schimmellichaam zich ook terugtrekt/samentrekt wordt de versnelling van de spore verder vergroot. Dit mechanisme komt voor bij de Pilobolus kleinii.
    Bron: https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review
    Momentum katapult: hierbij wordt het water gebruikt om een opwaartse versnelling te bereiken: op 2 plekken op de schimmel spore vormt zich een druppel water, de adaxiale druppel en de Buller's druppel. Als deze 2 groot genoeg zijn, smelten ze samen, waarbij zodanig veel energie vrij komt, dat de spore wordt gelanceerd. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de Itersonilia perplexans.
    Bron: https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review
  • Snelle verandering van vorm: Hierbij vormt zich op de top van de schimmel een conodium (waarin zich de sporen bevinden). De schimmel en de conodium vervormen, waardoor de conodium losschiet en wordt gelanceerd. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de Entomophthora coronata.
    Bron:http://www.biologydiscussion.com/botany/general-considerations-of-fungi-botany
  • Verandering door hygroscopische beweging. Hierbij veranderd de vorm door het uitdrogen van de schimmel. Door de verandering van vorm die optreedt, worden de sporen gelanceerd.
    Bron: http://www.biologydiscussion.com/botany/general-considerations-of-fungi-botany
  • Plotseling afbreken van sporen door onderdruk: De conodium, waar de sporen zich in bevinden, drogen langzaam uit. Doordat ze stijf zijn, keren ze ondanks dat ze bij verdamping iets vervormen steeds terug naar hun oorspronkelijke vorm. Hierdoor wordt de druk in de conodium steeds lager, totdat door de onderdruk de conocium afbreekt van de schimmel. Bij deze breuk ontstaat er door de onderdruk in de conodium een gasbelletje, waardoor deze zich goed kan verspreiden. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de deightoniella torulosa.
Bron:https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review
  • Verspreiding door impact (van bijvoorbeeld een regendruppel). Dit kan zijn doordat een regendruppel in een reservoir van de schimmel valt en daardoor de sporen worden verspreid. Een andere manier is bijvoorbeeld dat een regendruppel op een "luchtballon" (het schimmellichaam met daarin de sporen) valt; de kracht van de regendruppel, maakt dat de sporen in luchtballon uit de ballon worden geblazen (Geastrum).
Bron: http://www.biologydiscussion.com/botany/general-considerations-of-fungi-botany

Neveneffecten van de gelanceerde schimmels

Voor de verspreiding van de sporen hebben al deze schimmels hun eigen effectieve manier ontwikkeld om voor nieuwe schimmels te zorgen. Het blijkt echter dat 2 verspreidingsmechanismen nog een interessant neveneffect hebben: invloed te hebben op regenvorming. Hiernaar is recent onderzoek naar gedaan. In dit onderzoek zijn 7 verschillende schimmel soorten onderzocht:
  • 2 schimmel soorten verspreiden hun sporen middels impact (regendruppel op de "luchtballon")
  • 5 schimmel soorten verspreiden hun sporen de momentum katapult.
Bron: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0140407
Het onderzoek heeft onverwachte resultaten opgeleverd. Het blijkt dat de momentum katapult sporen in de lucht opdrogen en verder zweven. Maar daarna blijkt dat water opnieuw kan condenseren op het oppervlak van de spore en dat de sporen hierbij als condensatie kernen blijken te functioneren.

Bron: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0140407
De schimmels die deze sporen produceren komen vooral voor in gebieden met veel regen (schimmels zijn immers gebaat bij vochtige omstandigheden). De schimmels produceren hun sporen voornamelijk als het regent. Doordat ze ook als neerslagkern fungeren versterken ze daarmee de neerslag. Dit werkt echter ook andersom door: als de bossen verdwijnen, en daarmee ook de schimmels, worden de sporen en dus deze neerslagkernen niet meer geproduceerd, en worden eventuele droogtes daarmee mogelijk ook ernstiger.

De sporen van de "regendruppel op de luchtballon"-schimmels blijken ook een interessante karakteristiek te hebben, die van belang is bij neerslagvorming. Als de luchtvochtigheid toeneemt van 100 naar 102% blijken om deze sporen een dun laagje water te condenseren.

Belang van schimmels voor neerslag

Hoewel in dit onderzoek maar 7 schimmelsoorten zijn bekeken, blijkt op al deze sporen condensatie van waterdamp plaats te (kunnen) vinden. Dit duidt er opnieuw op dat schimmels een onderdeel zijn in het deel van de wolken- en neerslagvorming welke tot nog toe sterk werd onderschat.

Een studie uit 2007 heeft laten zien dat schimmelsporen van groot belang zijn voor de neerslagvorming.
Bij deze studie is ingeschat dat wereldwijd per jaar schimmels ongeveer 50 Tg/jaar aan sporen produceren. Organische aerosolen (die dus als ijs en condenskernen optreden) zijn ongeveer 47 Tg/jaar, terwijl door de mens geproduceerde / veroorzaakte aerosolen ongeveer 12 tot 70 Tg/jaar bijdragen. Deze gegevens laten zien dat sporen van schimmels een zeer belangrijke condensatiekern zijn en van wezenlijk belang in het wereldwijde klimaat. Als nu wereldwijd de hoeveelheid schimmels afnemen, zal dit dus ook een grote invloed hebben op de hoeveelheid neerslag, en meer droogtes tot gevolg hebben.

Verbeterde voedselproductie 7                 

woensdag 13 september 2017

Ons voedsel (16), verbeterde voedselproductie (7): waarom landbouw in aride gebieden hand in hand gaat met verzilting

De export van westerse landbouwmethodes naar alle hoeken van de aarde heeft helaas voor grote verziltingsproblemen in landbouwgebieden in de aride delen van de wereld veroorzaakt. Hoe dit in elkaar zit, daar wil ik deze blog aan wijden.

Aride gebieden

Aride gebieden zijn gebieden waar eigenlijk een permanent water tekort optreedt. De Verenigde Naties hanteert de volgende definitie:

Onder "aride, semi-aride en droge subhumide gebieden" wordt verstaan: andere gebieden dan polaire en subpolaire gebieden waarin de verhouding van de jaarlijkse neerslag tot de potentiële evapotranspiratie tussen de 0,05 en 0,65 ligt;

Aride en semi aride gebieden op aarde
Bron: http://www.greenfacts.org/en/desertification/figtableboxes/appendix-a.htm

De consequentie van het feit dat de jaarlijkse potentiele evapotranspiratie hoger is dan de jaarlijkse neerslag, is dat er buiten het regenseizoen een watertekort is, waarbij er meer water zou willen verdampen dan er neerslag is. Om in deze gebieden toch gewassen te laten groeien buiten het regenseizoen, is daarom extra water nodig. Hiervoor wordt rivierwater, opgeslagen regenwater of grondwater gebruikt.

Verzilting

Alle bodems bevatten zouten of mineralen, meestal zijn de concentraties hierbij laag. Als de zouten in de bodem concentraties bereiken van 0,5 tot 1,0% is het giftig voor planten.
Niet alleen bodems, maar ook alle watertypen bevatten zouten of mineralen; door indamping kan de concentratie zouten en mineralen in het water stijgen.
In aride en semi-aride gebieden is een permanent watertekort, waardoor er, zolang er water in de bodem beschikbaar is, een continue opwaartse waterstroom gaande, die aan de oppervlakte verdampt. De zouten die in het water zitten verdampen echter niet mee en blijven in de bodem achter.

In landbouwgebieden in deze aride gebieden wordt water aangevoerd en toegediend aan planten, via irrigatiekanalen of - steeds meer - via drip irrigatie.
Irrigatiekanalen, maar ook nabijgelegen water reservoirs, verliezen over het algemeen vrij veel water (tot 60%) naar het grondwater. Daarnaast infiltreert veel water in de bodem bij reguliere irrigatie, in plaats van dat het wordt opgenomen door de planten.
Door al deze processen kan het grondwater zodanig stijgen (tot ca 3 m beneden de oppervlakte), dat opwaartse capillaire grondwaterstroming plaatsvindt. Dit water wordt naar de oppervlakte gezogen, waar het water verdampt en de opgeloste zouten achterblijven aan de oppervlakte.
Het uiteindelijke gevolg van de verdamping van water is dat zich eens steeds grotere zout concentratie in de toplaag van de bodem opbouwt, totdat dit zodanige concentraties bereikt dat het giftig wordt voor planten en uiteindelijk kristalliseert.

Verzilte landbouwgronden
Bron: https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_MEDIA/nrcs144p2_058789.jpg

Om deze verzilting te voorkomen, moet het zout worden weggespoeld, of naar diepere bodemlagen, of worden afgevoerd via drainage. In de noordelijke regio's van de wereld (bijvoorbeeld Nederland en andere Europese landen) komt verzilting in de zomer, als het droog is ook voor, maar kunnen deze zouten uitspoelen uit de bodem, omdat er in de winter een overschot is aan water. In aride gebieden is dit overschot echter niet aanwezig en moet doorspoeling met het dure irrigatiewater gebeuren. Dit water is niet altijd beschikbaar, waardoor zout gehaltes langzaam maar zeker groeien tot gevaarlijke concentraties.

Wereldwijde impact

Wereldwijd worden door dit proces steeds meer gebieden ongeschikt voor landbouw. Geschat wordt dat wereldwijd ongeveer 20% van alle geirrigeerde landbouwgrond aangetast door verzilting, dit komt ongeveer overeen met 62 miljoen hectare landbouwgrond (ongeveer 15 keer Nederland). Dagelijks komt hier ongeveer 2000 ha bij. Zie ook hier voor meer info over verschillende landen die last hebben van verzilting.
Zilte gronden komen echter veel meer voor (soms ook door oud zout), maar ook door hoge grondwaterstanden, waardoor water verdampt en de zoutconcentratie in de bodem langzaam toeneemt.

Bron: https://www.researchgate.net/publication /281616958_Numerical_Analysis_of_Modeling_ Concepts_for_Salt_Precipitation_and_Porosity_- _Permeability_Evolution_during_Brine_Evaporation

Hoe kan dit worden aangepakt?

Verzilting bij landbouwgronden in gebieden met een permanent neerslagtekort is heel lastig te voorkomen: door het permanente tekort is er altijd deze opwaartse grondwaterstroming, die verzilting veroorzaakt.
Wel zijn er vele mogelijkheden om verzilte gronden te verbeteren, zie bijvoorbeeld de website van de FAO. Allerlei technische, chemische en biologische middelen zijn hierbij mogelijk.

Mogelijkheden voor aanpakken verzilte gronden
Bron: http://www.fao.org/soils-portal/soil-management/management-of-some-problem-soils/salt-affected-soils/more-information-on-salt-affected-soils/en/
Zoals ik in eerdere blogs heb aangegeven is juist deze afhankelijkheid van technische oplossingen duur en kost dit heel veel energie, terwijl we juist naar energie neutrale systemen (of zelfs beter) toe moeten.
Binnen allerlei projecten wereldwijd in droge gebieden wordt steeds meer ervaring opgedaan met biologische methodes, waarbij deze gronden kunnen worden gebruikt, zonder dat er verzilting optreedt, of zelfs de verzilting verminderd.
De sleutel lijkt te liggen in het toepassen van schimmels in combinatie met organisch materiaal dan composteert / mulching en permanente gewassen. Een voorbeeld hiervan is wat is gedaan in Jordanie bij het Greening The Desert project, waar zout is verdwenen en enorm goede humusrijke grond is gecreeerd:


Ons voedsel 15                             

zondag 20 augustus 2017

Ons voedsel (12b): veranderde voedingswaarde van ons voedsel

De voedingswaarde van ons voedsel is aan het veranderen, zoals ik eerder al in een blog heb aangegeven. Hoewel we meer kilo per ha produceren, is de voedingswaarde afgenomen; daar wil ik in deze blog nog verder op ingaan.
Daarnaast blijkt dat bij een stijgende CO2 concentratie, waar het naar uitziet dat dat helaas gaat gebeuren, de voedingswaarde verder zal dalen.

Voedingswaarde van 43 groenten

De USDA heeft een uitgebreide database, waarin gegevens van gewassen en voedingsproducten zijn opgenomen, waaronder ook de voedingswaarde. Deze database bevat data vanaf einde van de 19e eeuw. Op basis van deze data is een uitgebreide studie gedaan over de verandering van de voedingswaarde tussen 1950 en 1999 van 43 groenten. Uit deze studie (zie onderstaande figuur) blijkt dat over alle bekeken groenten de concentratie van calcium (-16%), fosfaat (-9%), ijzer (-15%), Vitamine B2 (Riboflavine) (-38%) en Vitamine C (Ascorbinezuur) (-15%) allemaal significant zijn gedaald. Gemiddeld genomen is geen noemenswaardige stijging aangetroffen de concentratie van de andere bekeken stoffen. 
Bron: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.611.9774&rep=rep1&type=pdf
Tussen de verschillende groenten zitten behoorlijke verschillen. Onderstaande figuren laten zien hoe voor deze 5 stoffen de verandering per groente is. Te zien is dat er over bij een groot deel van de groenten een verlaging van de concentratie van deze stoffen is opgetreden; bij een deel is er een verlaging en een verhoging opgetreden; alleen bij het blad van bieten (Beet Greens) en pompoen (Pumpkin) is een verbetering van de concentratie van alle 5 de stoffen opgetreden. (tekst gaat verder onder de afbeeldingen).

Bron: http://www.traditional-foods.com/nutrient-decline/
De in deze studie geconstateerde afname van de 5 stoffen zijn ook in andere studies waargenomen.
Het is opvallend dat, terwijl in kunstmest fosfaat wordt toegediend, de concentratie an fosfaat over het algemeen toch is afgenomen in de gewassen.
De verandering van de voedingswaarde is niet geheel goed te duiden, maar ook in het eerder genoemde artikel over deze studie wordt het verdunningseffect aangedragen: door de verhoogde beschikbaarheid van NPK neemt de concentratie van andere stoffen in de plant af (bij gelijkblijvende beschikbaarheid in de bodem). Hierbij wordt tevens aangegeven dat de plant mogelijk een maximale capaciteit heeft om fosfaat op te nemen, waarbij er uiteindelijk in totaal meer fosfaat wordt opgenomen, maar deze hoeveelheid fosfaat door een groter gewas over een meer cellen moet worden verdeeld en daardoor uiteindelijk netto een concentratieafname optreedt.

Verandering door gebruik van andere varieteiten

De zaaigoedindustrie heeft in de afgelopen decennia sterk gewerkt aan het kweken van betere rassen. Hierbij is sterk geselecteerd op opbrengst, pest resistentie en houdbaarheid. Voedingswaarde is hierbij vaak geen selectie criterium geweest. Onderstaande afbeelding laat van een aantal gewastypen een bepaalde voedingswaarde zien bij verschillende varieteiten. Te zien is dat deze waarden sterk minder zijn dan de originele varieteit.

Bron: http://www.nytimes.com/interactive/2013/05/26/sunday-review/26corn-ch.html

Verwachte ontwikkeling als gevolg van verhoogde CO2 concentratie

Verschillende studies laten zien dat een verdere stijging van de CO2 concentratie een verlaagde voedingswaarde van gewassen tot gevolg zal hebben: Eiwit/proteine concentraties zullen afnemen, maar ook concentraties mineralen en sporen elementen, zoals ijzer, zink, calcium, magnesium en koper. De verwachting is dat hierbij de verhouding koolhydraat-eiwit zal toenemen; dit heeft een negatief gevolg op de stofwisseling en op het lichaamsgewicht.

Bron: https://www.theguardian.com/environment/2014/may/07/climate-change-food-crops-nutrition

Conclusie

Door verschillende redenen is de voedingswaarde van groenten is de afgelopen 50 jaar sterk afgenomen, niet alleen door het gebruik van kunstmest, maar ook door het kweken van gewassen op basis van opbrengst, pest resistentie en houdbaarheid.
Als gevolg van de stijgende CO2 concentraties is de verwachting dat de voedingswaarde van gewassen verder zal afnemen.
Dit alles heeft een negatieve impact op de gezondheid van de mens.

Om deze negatieve impact te beperken, is het opnieuw gaan gebruiken van de oude gewasverieteiten een goede optie, bijvoorbeeld via Vreeken zaden in Dordrecht of via de Heritage Seed Library (2017 catalogus), een andere (beperktere) mogelijkheid is om meer onkruiden te gaan eten, dan wel meer te doen aan wildpluk.