Een ontdekkingsreis in de wereld van voedsel, bodem en water: Verbeterde voedselproductie (9): een gezond bodemleven

In de bodem leeft van alles, van verschillende grootte:
Plantenwortels, schimmels, bacterien, geleedpotigen (arthropods), nematoden/rondwormen, protozoa, aardwormen, kevers etc. Deze leven met elkaar, zijn van elkaar afhankelijk, of worden door elkaar opgegeten. Hoe gezonder de bodem, hoe meer er te vinden is. De bodem is dus een levend organisme. Deze afhankelijkheid resulteert in het zogeheten bodemvoedselweb.
Voor het schrijven van deze blog heb ik veel gebruik gemaakt van het online beschikbare werk van Elaine Ingham (waarnaar veel wordt gelinkt).

Het bodemvoedselweb

Bron: http://www.nuleaflawncare.com/wp-content/uploads/2012/02/00_sfw_dgrm2.gif

Onderaan de piramide staan de bacterien en de schimmels die leven van organisch materiaal afkomstig van planten, dieren en microben. Deze worden gegeten door de rondwormen, protozoa en kleine geleedpotigen, die op hun beurt weer worden gegeten door andere rondwormen en kleine geleedpotigen. Deze worden tenslotte gegeten door dieren en vogels.
Afhankelijk van het type bodem en de begroeiing is er meer of minder bodemleven. Algemeen kan worden gesteld dat volwassen bossen bestaande uit een diverse begroeiing ook het meest rijke bodemleven hebben.

Bacterien

In een gezonde bodem leven waanzinnig veel bacterien, geschat wordt dat in een gram bodem 100 mln tot 1 miljard bacterien leven. Bacterien bestaan voor een relatief groot deel uit stikstof: de verhouding koolstof:stikstof (C:N-verhouding) in bactieren is ongeveer 3:1 tot 5:1. Bacterien die een (positieve of negatieve) rol spelen bij de bodem, zijn op te delen in 4 groepen:

de afbrekers. Deze bacterien breken koolstof verbindingen af, vooral van plantafval (bladeren), suikers die afgegeven worden door de wortels van planten, maar ook pesticiden en bodemvervuiling. Een belangrijke rol van deze groep is het immobiliseren van voedingsstoffen, waarmee ze weglekken van deze stoffen voorkomen. Een deel van de bacterien, de Actinomycetes, breken moeilijk afbreekbare koolstofverbindingen af bij een hoge PH.
de samenlevers. Er zijn zeer veel bactieren die samenleven met planten. Dit zijn bijvoorbeeld de nitraatbinders - die in symbiose met een plant leven - die stikstofgas binden en het beschikbaar maken voor de plant (Rhizobium bacterien leven samen met de Vlinderbloemenfamilie; Frankia bacterien leven samen met de Els, maar ook met andere planten). Hieronder vallen ook de bacterien die schimmelziektes beperken, bodyguards van planten (Proteobacteria, Firmicutes en Actinobacteria). Andere bacterien bevorderen juist de Mycorizal schimmelnetwerken, of bevorderen de groei van de plant. Weer anderen maken fosfaat beschikbaar of leven in symbiose met de wortel van de plant, waardoor andere organismen daar niet kunnen groeien
de pathogenen. Dit is een groep bacterien die ziekten veroorzaken in planten, zoals Erwinia en de Ralstonia (bruinrot veroorzaker)
de reduceerders en de lithtrofen. Deze groep bacterien leven door het afbreken van allerlei andere chemische verbindingen dan koolstof, zoals nitraat, ijzer verbindingen, zwavel verbindingen, maar ook allerlei vervuilingen.

Schimmels

De schimmels zijn zeer kleine organismen, cellen zijn enkele µm in diameter. Meerdere schimmels vormen samen lange schimmeldraden en op die manier schimmelnetwerken in de bodem. Schimmels zijn van groot belang voor de bodem. Ze zijn er in alle soorten en maten en kunnen zowel positief als negatief zijn.
De mate waarin schimmels van belang zijn hangt sterk af van wat er boven de grond leeft. Bij jong groen (meer stikstofrijk) zijn bacterien in verhouding dominanter aanwezig. Hoe meer meerjarige (houtige) beplanting er groeit, hoe meer schimmels en hoe meer verschillende schimmels er in de bodem zitten. Geschat wordt dat zich in een gram bodem enkele meters (landbouwgronden) tot enkele honderden meters (bossen) aan schimmeldraden kunnen bevinden. Zoals ik in een eerdere blog heb laten zien, is er in een gezonde bosbodem een groot web, het zogeheten Wood Wide Web.

Bron: Elaine ingham; https://vimeo.com/250723320

Op basis van hoe schimmels hun energie verkrijgen, kunnen bodemschimmels in 3 groepen worden opgedeeld:

de afbrekers. Deze schimmels, bijvoorbeeld de Peziza, breken organisch materiaal (vooral houtachtige materialen, zoals Lignine) af in schimmelbiomassa, CO2 en andere stoffen. Interessant is dat voordat deze schimmels ontstonden, er dus geen hout werd afgebroken en steenkool en olie kon worden gevormd. Sinds deze schimmels er zijn (300 miljoen jaar geleden), wordt er geen steenkool en olie meer gevormd. De metabolieten, tussen- of eindproducten van deze schimmels, zijn vaak organische zuren. Deze zuren leveren een belangrijke bijdrage aan het vastleggen van organisch materiaal. Deze dragen bij aan het langdurig vastleggen van deze koolstof, zodat het honderden jaren in de bodem kan blijven.
de samenlevers. Deze groep schimmels, de mycorrhiza, leven in symbiose met planten. In ruil voor suikers, geven de schimmels de noodzakelijke voedingsstoffen (nitraat, fosfaat, sporenelementen, water etc). In de eerdere blog was ik hier al eerder op ingegaan.
Een andere vorm van samenleven is tussen de schimmels en de algen in de vorm van korstmos. Zo houden de schimmels water vast, die de korstmos gebruikt voor fotosynthese. De suikers die hiermee worden gemaakt, worden door de schimmels gebruikt om zuren af te scheiden, waarmee mineralen beschikbaar worden gemaakt etc.
de pathogenen en parasieten. Dit is een groep schimmels die ziekten veroorzaken in planten, maar ook in nematoden of insecten. Ze kunnen dus zowel tegen de plant werken, als in het voordeel van de plant werken.

Protozoa

Protozoa zijn eencelligen die leven van bacterien. Hierbij gaat het om Flagellata, Amoebes en Ciliophora. Ze zijn tussen de 5 en 500 µm groot. Protozoa hebben een C:N-verhouding van ongeveer 3:1 tot 10:1. Ze leven van bacterien, die een C:N-verhouding hebben van ongeveer 3:1. Doordat ze naar verhouding meer koolstof hebben, maken ze stikstof beschikbaar. De stikstof die ze niet nodig hebben, wordt afgegeven in de vorm van ammonium (NH₄).

Geschat wordt dat in 1 gram landbouwgrond een paar 1000 protozoa leven. In gezonde bosgrond wordt geschat dat er in 1 gram grond een miljoen protozoa leven.
Welk type protozoa dominant is hangt erg af van de bodem en de begroeiing

In bossen zijn schimmels dominanter, hier leven meer amoebes met een harde schil en ciliophora.
In bodems waar bacterien dominanter zijn, leven meer flatellata en amoebes zonder harde schil
In meer kleiige bodems leven meer kleine protozoa (flatellata en naakte amoebes)
In grovere bodems, meer zandiger bodems, leven alle typen flatellata, amoebes en ciliophora.

Rondwormen/nematodes

Rondwormen zijn ongesegmenteerde wormpjes met een diameter van ongeveer 50 µm tot 1 mm lang. De aantallen rondwormen in de bodem varieren tussen de 20 a 30 per gram bodem in landbouwgronden, tot honderden in bosgrond. Ze kunnen op basis van hun dieet worden opgedeeld in 5 groepen:

de bacterie eters. Deze rondwormen grazen bacterien
de schimmel eters. Deze rondwormen doorboren de celwand van schimmelcellen en zuigen ze leeg.
de predatoren. Deze rondwormen eten andere nematoden en protozoa
de omnivoren. Deze rondwormen eten van alles en nog wat, waarbij het diet ook kan veranderen gedurende het leven van de rondworm
de wortel eters en parasieten. Deze rondwormen kunnen planten aantasten doordat ze wortels aantasten (bijvoorbeeld aaltjes, zie hiervoor deze site).

De rondwormen spelen een belangrijke rol in het beschikbaar maken van stikstof: alle bacterien en schimmels die worden geconsumeerd, bevatten meer stikstof dan de rondwormen nodig hebben. Deze wordt aan de bodem gegeven in de vorm van NH₄.

Geleedpotigen

Geleedpotigen zijn insecten met een uitwendig skelet. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de zespotigen (voornamelijk insecten), de (achtpotige) spinachtigen, de (tien tot veertienpotige) kreeftachtigen, de duizendpotigen (duizend- en miljoenpoten). Ze kunnen erg in lengte varieren, van microscopisch klein tot enkele centimeters. In een honderdste m² bodem, kan tussen 100 (landbouwgrond) tot 10 a 25.000 (bosgrond) geleedpotigen bevatten. De soortenrijkdom is hierbij ook veel groter.
De geleedpotigen vervullen 4 functies in de bodem:

de shredders. Deze eten vooral dood plantmateriaal. Als dat niet aanwezig is, kunnen ze zich tegoed gaan doen aan wortels van planten
de predatoren. De predatoren zijn zowel de specialisten die 1 soort eten, als de generalisten, die van alles eten. Veel predatoren eten parasieten en worden daarom ook wel speciaal ingezet als commerciele parasieten eters.
de herbivoren. Het deel van de geleedpotigen wat herbivoren zijn, leven (een deel van hun leven) in de bodem. Ze eten hier vooral wortels. Als er teveel herbivoren zijn, kan dit tot negatieve gevolgen leiden voor de plantengroei.
de schimmel eters. Deze groep geleedpotigen eten schimmels die rond de wortels leven, en zorgen op dit manier voor het recyclen van nutrienten.

Door deze gevarieerde groep, die van bijna het hele bodem voedsel web leeft, is de bijdrage die zij leveren aan de recycling van bodemmateriaal ook erg groot.

Wormen

Wormen hebben een lengte die varieert tussen de enkele centimeters en enkele meters. Er komen 10 tot enkele tientallen wormen voor in een honderdste m² bodem (zie ook deze blog over wormen). In naaldbossen komen zeer weinig wormen voor.
Wormen spelen een belangrijke rol in de afbraak en de recycling van organisch materiaal. Ze breken organisch materiaal af, en halen een deel van hun voedsel uit het eten van de bacterien en schimmels die zelf ook leven op en van dit organisch materiaal leven.
De bijdrage van wormen is zeer divers:

ze vergrootten de infiltratiecapaciteit en het watervasthoudend vermogen
ze mixen en structureren de bodem
ze creeeren gangen voor wortelgroei
ze trekken plantaardige resten van de oppervlakte de bodem in

Conclusie

Sommigen hebben de bodem in het verleden gezien als een inert medium, of een substraat waarop je van alles kunt telen. De bodem is echter een levend organisme met miljarden verschillende organismen, die daar leven.
De gezondheid van de bodem is mede afhankelijk van de rijkdom van het bodemleven. Hoe groter de diversiteit, hoe sterker de onderlinge afhankelijkheid, hoe gezonder de bodem. Hierbij is het aantal bacterien en schimmels van groot belang, aangezien zij aan de basis van het bodemvoedselweb staan. Alle het andere bodemleven leeft primair, secundair of tertiair van deze 2 groepen bodemleven.

Indien er een onbalans in de bodem is, kunnen bepaalde bacterien en schimmels de overhand krijgen. In de grootschalige landbouw is door veelvuldig ploegen, het dichtdrukken van de bodem en het groeien van een zeer beperkt palet aan gewassen (5 tot 10 verschillende?), het evenwicht in de bodem zodanig verstoort, dat pesticiden (door sommigen in Nederland ook wel gewasbeschermingsmiddelen genoemd) tegen allerlei ziekten, plagen of onkruiden worden gebruikt.
Deze middelen stimuleren echter niet het bodemleven, maar zijn vaak allesdoders, die zowel het goede als de slechte bodemleven doodt. Versterking van het bodemvoedselweb treedt dan niet op.

Een andere aanpak van voedselverbouw is dan ook nodig, om dit bodemvoedselweb weer op de been te helpen, zodat meer koolstof in de bodem wordt opgeslagen, zodat bodemvruchtbaarheid toeneemt en zodat water beter wordt vastgehouden in de bodem.

Gelukkig kan de natuur hierbij zich snel herstellen. Onderstaande afbeelding laat de onderlinge verbanden zien binnen het bodemvoedselweb bij een grasveld wat verwilderde van een monocultuur naar een verwilderd systeem.
Te zien is dat het gecultiveerde grasveld zeer beperkte onderlinge verbanden had. Naarmate de verwildering toeneemt, vergroten de onderlinge verbanden tussen de verschillende spelers in het bodemvoedselweb. Opvallend hierbij is dat het belang van bactieren afnam, en van schimmels toenam (minder jonge gewassen), waardoor op de lange termijn niet alleen meer koolstof in de bodem werd vastgelegd, maar ook meer stikstof. Herstel van de bodem is dus zeer goed mogelijk, mits de juiste randvoorwaarden voor herstel worden gecreeerd.

Bron: https://www.nature.com/articles/ncomms14349

Verbeterde voedselproductie 8g Verbeterde voedselproductie 10

Een ontdekkingsreis in de wereld van voedsel, bodem en water

Pagina's

01 februari 2018

Verbeterde voedselproductie (9): een gezond bodemleven