Cover Crops and Wheat Middlings Alter Soil-Plant Nutrient Dynamics Following Anaerobic Soil Disinfestation in an Organic Tomato System

In de wereld van de landbouw is bodem niet louter vuil; het is een levende, ademende motor die gewassen voedt. Voor biologische telers, die geen synthetische chemicaliën kunnen gebruiken om plagen te bestrijden, is het gezond houden van deze motor een constante uitdaging. Zij staan voor een dubbel dilemma: bodemgebonden ziekten en onkruid kunnen een oogst verwoesten, terwijl de handeling van het proberen te herstellen van de bodem soms juist de voedingsstoffen kan uitputten die planten nodig hebben om te groeien. Eén veelbelovende tool die is voortgekomen om dit probleem op te lossen, is een techniek genaamd anaerobe bodemdesinfectie. Stel je een plantbed voor dat wordt onder water gezet, bedekt met een dik, luchtdicht zeil, en vermengd met vers plantaardig materiaal. Deze opstelling snijdt de zuurstoftoevoer naar de bodem af. Zonder zuurstof veranderen de kleine organismen die in de aarde leven van gedrag. Ze beginnen het plantaardige materiaal te fermenteren, waardoor een chemische omgeving ontstaat die giftig is voor schadelijke schimmels, nematoden en onkruid, waardoor de bodem effectief wordt gesteriliseerd zonder harde chemicaliën. Dit proces is echter een delicaat evenwicht. Als de bodem te zuur wordt of als de juiste soort voedsel voor de microben opraakt, kan de behandeling mislukken, of erger nog, het kan de bodem te arm maken om het volgende gewas te ondersteunen. De vraag voor wetenschappers en boeren is hoe ze deze microbiële motor precies de juiste hoeveelheid voedsel kunnen geven om de slechte beestjes te doden, terwijl er genoeg voedingsstoffen achterblijven voor de groenten.

Onderzoekers van Penn State en het Amerikaanse Ministerie van Landbouw zetten zich in om het perfecte recept voor dit proces te vinden op een biologische tomatenboerderij. Ze wilden zien of verschillende soorten wintergroenbemesters — planten die specifiek worden geteeld om de bodem tijdens het rustseizoen te beschermen en te voeden — als brandstof voor deze behandeling konden dienen. Ze testten drie specifieke benaderingen: het planten van een grassoort genaamd triticale, het planten van een stikstoffixerende leguminose genaamd rode klaver, en het planten van een mengsel van beide. Ze testten ook wat er gebeurde wanneer ze wheat middlings toevoegden, een veelvoorkomend bijproduct van de graanverwerking, aan deze percelen. Deze toevoeging was bedoeld om de microben een snelle energieboost te geven. Het team hield de bodem nauwlettend in de gaten over twee groeiseizoenen, waarbij ze observeerden hoe de zuurstofniveaus daalden, hoe de voedingsstoffen veranderden en hoe de tomatplanten die volgden daarop reageerden. Ze zochten naar een methode die niet alleen plagen doodde, maar de bodem ook rijker en productiever maakte dan daarvoor.

Het experiment begon in de lente, vlak voordat de tomaten werden geplant. De onderzoekers namen hun gekozen groenbemesters, hakten ze fijn, en ploegden ze in de bodem. Vervolgens voegden ze de wheat middlings toe aan sommige van de percelen en bedekten alles met een ondoordringbare zwarte plastic folie. Ze overstroomden de bedden met water via druppelslangen onder het plastic. Binnen enkele dagen vertelden de in de bodem begraven sensoren een duidelijk verhaal. De zuurstofniveaus kelderden en daalden tot een punt waarop de bodem volledig anaeroob, oftewel zuurstofvrij, werd. De percelen die de wheat middlings hadden ontvangen, bleven langer en intenser in deze zuurstofvrije staat dan de andere. De wheat middlings fungeerden als een hoogwaardige brandstof die de microbiële fermentatie krachtig gaande hield. De verschillende groenbemesters gedroegen zich ook verschillend. Het gras, triticale, produceerde een dikke, dichte laag plantaardig materiaal die uitstekend was in het verstikken van onkruid nog voordat de behandeling begon. De rode klaver, als een leguminose, was rijk aan stikstof maar produceerde minder totaal gewicht. Het mengsel van beide bood een middenweg, waarbij het de onkruidonderdrukkende kracht van het gras combineerde met de nutriëntenrijke kwaliteit van de leguminose.

Naarmate de weken verstreken, werden de chemische veranderingen in de bodem nog duidelijker. De behandeling veroorzaakte een tijdelijke piek in ammonium, een vorm van stikstof die planten kunnen gebruiken, gevolgd door een omzetting naar nitraat zodra de plastic werd verwijderd en de lucht weer in de bodem kwam. De percelen met de wheat middlings vertoonden de meest dramatische toename van deze voedingsstoffen, waardoor de beschikbare stikstof met meer dan de helft steeg vergeleken met de percelen zonder toevoeging. Ook het type groenbemester liet zijn sporen na. De percelen met rode klaver behielden hogere niveaus van beschikbare stikstof gedurende het seizoen, waarschijnlijk omdat de leguminose snel afbrak en de opgeslagen voedingsstoffen vrijgaf. De triticale-percelen, met hun hoge koolstofgehalte, hielden voedingsstoffen iets langer vast, wat zorgde voor een tragere afgifte. Het mengsel van beide bood een gebalanceerd profiel, waardoor de voedingsstoffen beschikbaar waren zonder te snel verloren te gaan. Tijdens dit proces bleef de pH-waarde van de bodem stabiel, en de elektrische geleidbaarheid, een maatstaf voor opgeloste zouten, steeg in de behandelde percelen, wat duidde op een rijke, actieve bodemomgeving.

Toen de tomaten eindelijk werden geplant, werden de resultaten van deze bodembehandelingen zichtbaar in de planten zelf. De tomaten die groeiden in de percelen die de wheat middlings hadden ontvangen, waren aanzienlijk groter en krachtiger. Hun bladeren en stengels waren zwaarder en ze accumuleerden veel meer stikstof, fosfor en kalium dan de planten in de onbehandelde controlegroepen. De groenbemesters speelden ook een rol. De tomaten die volgden op de rode klaver en het gras-leguminosemengsel groeiden beter dan die die volgden op alleen het gras of kale grond. Het mengsel leek in het bijzonder het beste van twee werelden te bieden. Het combineerde de sterke onkruidonderdrukking van het gras met de nutriëntenboost van de leguminose, en wanneer het werd gecombineerd met de wheat middings, creëerde het een bodemomgeving die zowel biologisch actief als rijk aan voedingsstoffen was. De onbehandelde controlegroepen, die geen speciale behandeling hadden gekregen, hadden het het moeilijkst, met kleinere planten die aanzienlijk minder voedingsstoffen bevatten.

De studie concludeerde dat de meest effectieve strategie voor de biologische tomatenteelt niet slechts één enkel ingrediënt was, maar een combinatie van deze elementen. Het gebruik van een mengsel van gras- en leguminosegroenbemesters, aangevuld met wheat middlings, bood de meest gebalanceerde aanpak. Deze combinatie zorgde ervoor dat de bodem lang genoeg zuurstofvrij bleef om plagen te doden, terwijl er tegelijkertijd een reservoir aan voedingsstoffen werd opgebouwd voor het gewas. De wheat middings fungeerden als een katalysator, die de biologische activiteit intensiveerde en ervoor zorgde dat de voedingsstoffen die uit de groenbemesters vrijkwamen, volledig beschikbaar waren voor de planten. Deze aanpak biedt een manier voor boeren om de bodemgezondheid en ongediertebestrijding gelijktijdig te beheren, door de bodem te veranderen in een zelfvoorzienend systeem dat hoge opbrengsten ondersteunt zonder afhankelijk te zijn van externe chemische inputs. Het onderzoek suggereert dat door zorgvuldig te selecteren wat er in de bodem gaat vóór het planten, boeren natuurlijke biologische processen kunnen aanwenden om een vruchtbare, ziektevrije basis voor hun gewassen te creëren.