zondag 22 mei 2016

Ons voedsel (11): stikstof en bodemvruchtbaarheid

Stikstof, koolstof, fosfor en kalium zijn de belangrijkste bouwstenen voor de natuur. Stikstof en koolstof zijn in gasvorm beschikbaar (N2 en CO2). Via fotosynthese wordt CO2 omgezet in suikers, zodat koolstof beschikbaar wordt voor planten en bodemleven. Stikstof wordt in beperkte mate beschikbaar gemaakt via natuurlijke depositie en bliksem. De grootste hoeveelheid stikstof wordt in de natuur echter beschikbaar gemaakt via biologische stikstof binding.
Volgens dit artikel uit 2013 zag de wereldwijde stikstof balans er voor de industriele revolutie ongeveer als volgt uit:


Omschrijving Hoeveelheid [Tg N yr−1] Hoeveelheid [%]
N-uitstroom HL Uitstroom van N naar water 35 54%
GL Uitstroom van N naar de atmosfeer 30 46%
N-productie LNF Onweer N-fixatie 4 6%
Nrl Atmosferische N-depositie 3 5%
BNF Biologische N-binding 58 89%

Voor de industriële revolutie werd dus ongeveer 89 % van het stikstof wat nodig is voor leven op aarde biologisch gebonden. Sinds het midden van de 19e eeuw is de productie van antropogene reactieve stikstof (reactieve stikstof die met hulp van de mens wordt geproduceerd) langzaam toegenomen, vooral door meer gebruik van stikstof bindende planten en door de uitstoot bij verbranding van fossiele brandstoffen. Sinds de grootschalige productie van kunstmest na de tweede wereldoorlog (door de toepassing van het Haber Bosch proces) is de groei echter zeer sterk toegenomen.

Productie van nitraat sinds 1860
Bron: http://www.unep.org/pdf/dtie/Reactive_Nitrogen.pdf bladzijde 12
In 2005 was de totale anthropogene N productie ongeveer 187 Tg N yr−1 (de bandbreedte van de "rangs of natural N-fixation on land" is nog gebaseerd op oudere wetenschappelijke gegevens, die een hogere schatting gaven). De productie van reactieve stikstof is dus ongeveer 3 keer zo groot als de "oorspronkelijke" biologische stikstof binding.
Deze enorme groei in toepassing van actieve stikstof heeft, zoals eerder aangegeven, een enorme groei in voedselproductie mogelijk gemaakt.

Kanttekeningen bij het groeiende stikstofgebruik

De toepassing van kunstmest blijkt gevolgen te hebben voor de bodem en de bodemvruchtbaarheid op de lange termijn.

Een interessant artikel hierover is geschreven door P.G.Avis, G.M.Mueller, en J.Lussenhop (Ectomycorrhizal fungal communities in two North American oak forests respond to nitrogen addition), hierin wordt uitgelegd dat door toepassing van kunstmest de ectomycorrhizal netwerken, die van belang zijn voor het aanleveren van voedingstoffen, aan (in dit geval) de eiken afneemt. Een afname van deze schimmelnetwerken betekend een minder goed functionerende bodem en daardoor een verlaagde bodemvruchtbaarheid. Deze proef is gedaan in een bos en niet op een akker. Maar dat is gedaan, omdat de grond hier ongestoord is, waardoor de ectomycorrhizal netwerken nog redelijk ongestoord aanwezig zijn. In landbouwgronden zijn die netwerken door grondbewerkingen al veel zwakker.

Een ander interessant onderzoek is een landbouwproef in de VS (de Morrow Plots). Deze landbouwproef loopt al sinds 1876. In de afgelopen 40 tot 50 jaar is hier ook kunstmest (die voornamelijk uit stikstof, fosfor en kalium bestaat) toegepast. Twee artikelen hierover (hier en hier) laten zien dat toepassing van kunstmest het organische stofgehalte in de bodem doet afnemen, maar eveneens neemt het organisch stikstofgehalte af. Dit betekend dat door toepassing van kunstmest de bodemvruchtbaarheid afneemt.

Hoe kan het dat door kunstmest de bodemvruchtbaarheid afneemt?

In de natuur is stikstof de beperkende factor voor groei, alle natuurlijke systemen en al het bodemleven is hierop ingesteld. Stikstof-bindende planten zijn dan ook meer aanwezig in pioniersfases en herstelfases van ecosystemen; in volgroeide ecosystemen zijn ze nog maar in beperkte mate aanwezig.
Door het gebruik van kunstmest wordt er een overvloed aan reactieve stikstof gecreeerd. Naast reactieve stikstof is natuurlijk ook koolstof nodig; dit zit in de bodem vooral in het organische materiaal (humus). Bij overvloedige beschikbaarheid van reactieve stikstof wordt deze humus daarom als eerste opgebrand.
Doordat reactieve stikstof in overvloed aanwezig is, is het minder nodig dat stikstof bindende organismen aanwezig zijn, waardoor deze afsterven.

Bodemopbouw rondom plantenwortels
Bron: http://www.permaculturenews.org/images/soil_macroaggregates_details_large.jpg

Resultaat van deze 2 processen is een verandering van de bodemstructuur: de bodem aggregaten - die een groot deel van de bodemstructuur maken - worden afgebroken. Gevolg is een verminderd porien volume, een verminderde sponswerking om water vast te houden, en een verminderde capaciteit om nutrienten vast te houden.

Wat het meest opvalt aan de Morrow plots test is dat de vermindering van het bodem organisch optreedt zowel bij veel als bij weinig toepassing van kunstmest en ondanks de toevoeging van plantresten (maisstengels en -wortels). Dat zou betekenen dat toepassing van kunstmest bij vollegrondsteelten zeer tricky is, ongeacht de gebruikte hoeveelheid kunstmest. Je bent namelijk je voedsel voor morgen aan het opbranden.
Ik vraag me af in hoeverre de situatie in Nederland vergelijkbaar is met de Morrow plots. Het vernietigende rapport van de RIDLV over de landbouwgronden in Flevoland laat ook zien dat de bodem daar behoorlijk verpest is. Hier wordt echter vooral gewezen op te hoge pachtgronden met daardoor intensieve teelten, veel rooigewassen die de bodemstructuur aantasten en diepploegen.
Nu agrariers verplicht zijn om een deel van hun perceel te vergroenen, en dat wordt gedaan middels groenbemesters die, na minstens 10 weken op het land te hebben gestaan, worden ondergeploegd, wordt het bodemleven enorm gestimuleerd en stijgt het organische stofgehalte bij veel agrariers.
Vervolgonderzoek is dus nodig om dit beter te begrijpen. De toekomst zal moeten uitwijzen of deze desastreuze impact van kunstmest op de bodem zich overal voordoet.

Geen opmerkingen: