zaterdag 1 juli 2017

Verbeterde voedselproductie (6): stikstof binding

Stikstof in de vorm van nitraat (NO3) is een belangrijke basisstof voor plantengroei. Zonder nitraat kunnen planten geen eiwitten maken en kunnen ze dus niet groeien.

De industriele landbouw geeft planten de benodigde nitraten via kunstmest. Met de groei van de industriele landbouw is de kunstmest consumptie ook enorm gestegen. De productie van kunstmest kost echter veel (vaak fossiele) energie, terwijl ons fossiel energiegebruik juist moet afnemen om klimaatverandering tegen te gaan. Daarnaast heeft het gebruik van kunstmest ook negatieve effecten op de bodemvruchtbaarheid.

Natuurlijke stikstof binding

In natuurlijke systemen is nitraat altijd de beperkende stof voor plantengroei. Om toch in de nitraat behoefte te voorzien zijn er planten die in staat zijn om stikstof uit de lucht te binden en dit om te zetten in nitraat. De grootste groep planten die hiertoe in staat zijn, zijn de vlinderbloemachtigen, de Fabaceae familie. Deze planten leven in symbiose met de Rhizobium bacterien. Deze bacterien binden stikstof uit de lucht en leveren dit aan de plant, waarbij de bacterien de benodigde energie krijgen van de plant.

Bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Stikstofkringloop#/media/File:Nitrogen_Cycle_Dutch_text.jpg

Kunnen we zonder kunstmest?

De grote vraag is natuurlijk: kan biologische stikstofbinding een alternatief zijn voor kunstmest?
Voor de uitvinding van de kunstmest werd bijna alle stikstof in de bodem biologisch gebonden, maar daarbij was de voedselproductie veel lager en leefden er minder mensen op de wereld. Kunnen we nu onze voedselproductie systemen zodanig aanpassen, dat we de huidige wereldbevolking kunnen voeden gebruik makend van biologische stikstofbinding?

Een kleine stap in de goede richting is gezet door de verplichting die vanuit Europa geldt, om een deel van hun landbouwgrond te vergroenen. Als dat wordt gedaan met stikstofbinders (een deel van de toegestane groenbemesters zijn stikstofbinders), die, na minstens 10 weken op het land te hebben gestaan, worden ondergeploegd, kan nitraat aan de bodem worden toegevoegd. De vraag is hierbij wel hoeveel stikstof na zo'n betrekkelijk korte tijd is gebonden.

Overschakeling naar regeneratieve landbouwsystemen, zoals in een eerdere blog is aangegeven, biedt veel meer kansen. Hierbij wordt gewerkt met een (gedeeltelijk) permanente beplanting van polyculturen, waarbij planten en bodemleven zich goed kunnen ontwikkelen.
Langdurige metingen in verschillende klimaatsystemen laten zien dat verschillende planten hoge niveaus van stikstofbinding kunnen realiseren. Toepassing van dit soort planten in polyculturen kunnen dan bijdragen aan een ruime beschikbaarheid van nitraat.
Het kunstmestgebruik in Nederland hangt af van het gewas, maar kan oplopen tot boven de 200 kg/ha. Onderstaande (beperkte) tabel laat zien dat onder de juiste omstandigheden verschillende soorten planten dit niveau stikstofbinding kunnen bereiken.

Plant Nitraat 
[kg/ha]
Alfalfa / Luzerne 46-386
Citroengele honingklaver 84*
Erwt 4-244
Fluweelboon 150*
Inkarnaat klaver 124-185
Kikkererwt 0-141
Kittelbloem 197-249
Linze 4-192
Mungboon 0-107
Onderaardse klaver 2-206
Pinda 21-206
Rode klaver 67-273
Rolklaver 30-85
Sojaboon 0-450
Sperzieboon 0-165
Tuinboon 12-330
Veldboon 12-330
Voederwikke 106*
Witte klaver 54-291
Witte mimosa 98-230
* hierbij is geen bandbreedte opgegeven

De Fabaceae familie bestaat niet alleen uit bodembedekkers en klimmers (in Nederland wel het meeste toegepast, vandaar dat zij in bovenstaande tabel staat), maar ook bomen en struiken. 
Bomen en struiken die stikstof binden (maar dit geldt (ten dele) ook voor de bodembedekkers en de klimmers) hebben een aantal voordelen. Veel stikstofbinders:
  • zijn pioniers, vestigen zich snel en groeien ook snel
  • gedijen goed in arme bodems en verbeteren die juist
  • kunnen goed tegen (tijdelijke) beperkte waterbeschikbaarheid
  • doen het goed in de volle zon
  • groeien makkelijk terug, als ze sterk gesnoeid zijn
Dit betekend dat als deze planten worden toegepast ze in een systeem snel effect kunnen hebben. Indien toegepast in polyculturen kunnen deze planten onregelmatige regenval met langere perioden van droogte goed doorkomen. Juist deze langere droogtes worden verwacht vaker voor te komen dankzij klimaatverandering.

Conclusie

Biologische stifstofbinding kan een alternatief zijn voor kunstmest. Echter dit is alleen mogelijk in polyculturen. Binnen grootschalige monoculturen zijn natuurlijke stikstofbinders geen alternatief voor kunstmest.
Willen we dus toe naar een systeem zonder kunstmest, waar voldoende voedsel wordt geproduceerd, dan moeten we toe naar een regeneratief landbouwsysteem, waarbinnen permanente en 1-jarige gewassen naast elkaar groeien en bodemvruchtbaarheid met de jaren verbeterd door het stimuleren van kringlopen en bodemleven.

Geen opmerkingen: