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 mani eren 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,... n
Ondergronds e biodiversiteit Kan de biodiversiteit ook functioneel benut worden ondergronds, in de bodem? Een divers bodemleven is essentieel voor een gezond gewas: wormen, gel eedpotigen, micro-organismen, … voor verbeteri ng en instandhoudi ng van bodemvruc htbaarheid en bodems tructuur n
Gebruik maken van de “ecologische diensten” van biodiversiteit in de landbouw: het bodemleven levert de diensten bodemstructuur en bodemvruchtbaarheid
Het droombeeld voor de toekomst n n
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 “onproduc tieve” landschapselementen •en organische stof
Twee gezichtspunten n
Vanuit de bodemecol ogie n
n
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 n
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 ? n n n
Bodembiologie Bodemchemie Bodemfysica
Bodemchemie n
Gekend verhaal, doorgedrongen tot in de praktijk q q q
N, P, K, Mg, Ca, … pH EC
Bodemfysica n
Gekend, niet altijd ten volle benut in de praktijk q q q q q q
Zand – leem - klei Vaste delen – lucht – water Verdichting Cohesie of erosie Invloed van bodembewerking Invloed van begroeiing
Bodembiologie n
Weinig bekend in de gangbare landbouw, nauwelijk benut q q
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 bodemorganismen 5%
algen 40%
dood organisch organische stof materiaal 85% 7%
minerale bodem 93%
bacteriën & actinomyceten 40% Bodemdieren schimmels & 20%
plantenwortels 10%
Bodemorganismen: • minder dan 1% van bodemgewicht
gewichtsprocenten
• Bodemdieren: minder dan 0.1% Wat stelt dat voor?...
Hoeveel koeien zitten er onder de grond? 100.000 per m2 90 kg/ha
200 per m2 2600 kg/ha
4.000.000 per m2 4 kg/ha
2. Het bodemleven
Onder je voeten een heel andere wereld…
Bodembiologie n n
Heel veel onbekende soorten Complexe relaties q q q
n
samenwerking rovers en prooien …
Bodemvoedselweb (cfr. Afrikaanse savanne)
Plantenwortels n
n
n
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 bacter ie- 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 (NH4) naar nitraat (NO3). Door de uitscheiding van slijm kunnen bacteriën kleine bodemdeel tjes 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 tegenstel ling tot bacter iën mineraliseren schimmels materiaal dat moeilijker afbreekbaar is en kunnen ze niet goed gedijen in een zuurstofarme omgeving. Door de schimmeldraden kunnen bodemdeel tjes verpakt worden tot stabi ele aggregaten. )
Bacteriën n
Types q q q q
n
Afbrekers : leven van wortelexuda ten Mutualisten : samenwerking (cfr. stikstofbinding) Pathogenen : ziekteverwekk ers Lithotrofen : beetje als de afbrekers
Produceren slijm : vastklitten bodemdeeltjes
Schimmels n
Types q q q
n n
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 bacteri ën kunnen stikstof uit de lucht (N2) vastleggen in voor de plant bruikbare vorm. Daar tegenover levert de pl ant suikers aan de bacteri ën. (foto: L. Brussaard)
Protozoa n n
Eéncelligen Types q q q
n
Amoeben Geseldieren Trilhaardieren
Maken nutriënten door eten van bacteriën
Nematoden n n
Plantparasieten Velen eten enkel bacteriën, schimmels en protozoa
Wormen n
Soorten q
Rode worm n n
q
Grauwe worm n n n
q
n
n
Eten zich weg doorheen de grond Structuurverbetaar Tot 40 cm diep
Pendelaars n
n
Leven aan de oppervlakte Maken zelf geen gangen
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 oppervl akkige strooisellaag, waar ze dood organisch materiaal eten Zorgen voor verkleining van plantenres ten 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 n n n n n
Springstaarten Mijten Kevers Mollen …
Geleedpotigen: miljoenpoten en pissebedden · · · · · · ·
Leven onder vochtige omstandigheden Kunnen zich goed verpl aatsen 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 n
n
n
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 100.000en 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 0,20,5 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.
Een springstaartje
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 n n
n n n
Afbreken van dood materiaal Door predatie worden voedingsstoffen voor planten vrijgesteld Samenwerking met planten Ziekteverwekkers …
Invloeden op bodemleven n n n n n n n
Vocht Lucht Temperatuur Zuurtegraad Bemesting Vruchtafwisseling Grondbewerking
3. Bodemleven in de landbouw n
Verstoringen door intensieve grondbewerking
Problemen:
n
Verdichting door zware machines op het land
n
Organische stofbalans onevenwichtig
3.1. Ecologische diensten bodemvruchtbaarhe id en bodemstructuur vanuit het bodemleven n n n
Grondbewerking Verdichting Organische stof
Grondbewerking n
Grondbewerking q
q
n
Minder regenwormen en andere bodemdi eren die juist de grondbewerk ing kunnen “overnemen ” Groter verlies van organi sche stof, wat juist nodig is voor het bodemleven als voedsel, waaraan het vri jkomen van mineralen is gekoppeld
Intensieve versus minimale grondbewerking Minimale grondbewerk ing verstoort de bodem zo weinig mogelijk Het bodeml even krijgt zo de kans om zich te herstellen
Grondbewerking n
Bodemleven en structuuropbouw q
q
q q
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 n
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 Gangbaar Regenwormen
276
Geen 860
Sorghum/rogge Gangbaar
Geen
149
967 78256
Mijten
37206
104027
41081
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 n
Berijden van de bodem -> verdichting in rijsporen q
n
Reductie van gewasgroei
Ploegen van de bouwvoor -> verdichting in ploegzool q
Reductie van wortelgroei
Nadelig effect op het voork omen van regenwormen en andere bodemorganismen
n
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 gebrui k 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 nauwkeur iger. 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 Normale belasting Lage belasting
Aantal regenwormen per m
2
900 800 700 600 500 400 300 200 100 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 n
n
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 n
Brandstof voor het bodemleven q q
n
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 : n
Aanvoer van organische stof door groenbemesters, gewasresten en organische meststof fen
n
Aandacht voor de organische stof balans
n
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 ander s 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. 80
c
De vorming van stabiele aggregaten hangt af van het kleigehalte van de oorspronkelijke bodem en de soort regenworm
% aggergaten stabiel in water
pendelaar
75
bodembew oner
70 65 60 55 50 10
20
30
40
% klei in moedermateriaal
50
60
b
d
Conclusies (1) •
•
Het bodeml even is in staat de bodems tructuur 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 bewerk en 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 produc tiepercelen 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 waterhui shouding 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 bodeml even 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 bovens te 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 bodems tructuur en bodemvruc htbaarheid? Verbreidingsvermogen van bodeml even is echter niet zo groot al s 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;
Snelheid
Strooiselbewoner
Bodembewoner
Pendelaar
> 101)
42) – 91)
1,4 3)
4. Akkerranden en het bodemleven n
Speciaal beheer van de randen, niet alleen voor bovengrondse biodiversiteit maar ook voor ondergrondse q q
q
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 organi sche 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
