Effecten van silicium op aardappel

In deze literatuurstudie is het effect van het element silicium (si) op aardappelen nagegaan. Er lijken perspectieven te zijn om met Si-bemesting de droogtetolerantie,  de weerbaarheid tegen ziekten en de fosfaatbeschikbaarheid te verhogen. Aanbevelingen voor vervolgonderzoek zijn geformuleerd.

Resultaten

Silicium (Si) is één van de basisbestanddelen van grond, maar is toch vrijwel niet in opneembare vorm aanwezig. Daarnaast is nog niet aangetoond dat Si een noodzakelijk nutriënt is, maar heeft het vaak gunstige effecten op de groei van de meeste planten. Proeven in het buitenland geven aan dat toediening van oplosbaar Si aan de weerstand tegen droogtestress en tegen infectieziekten kan verhogen, en dat het de opname of benutting van fosfaat verbetert. In deze literatuurstudie is nagegaan wat er bekend is over de zojuist genoemde punten en voor zover er gegevens zijn richt zich de aandacht daarbij vooral op (poot)aardappelen.

Silicium komt in de bodemoplossing voor als monosiliciumzuur, polysiliciumzuur en als organosiliciumcomponenten. Alleen monosiliciumzuur is opneembaar voor planten. Gronden die vooral bestaan uit kwarts (zandgronden) en/of organische stof (veengronden) beschikken over weinig opneembaar Si. Kleigronden beschikken in het algemeen over meer opneembaar Si. De Si-concentratie in de bodemoplossing kan uiteenlopen tussen 3,5 tot 40 mg Si per liter bodemoplossing. De Sibeschikbaarheid wordt beïnvloed door temperatuur en vochtgehalte. Naarmate deze hoger zijn neemt de beschikbaarheid toe. Ook een lagere pH geeft een hogere Si-beschikbaarheid onder Nederlandse condities.

Planten worden onderverdeeld in Si-accumulatoren met gehaltes >1% Si (grassen, suikerriet en met name rijst met >10% Si) en niet-accumulatoren met gehaltes <1% Si, (meeste dicotylen, waaronder aardappel). Er is geen informatie over de Si-gehaltes van Nederlandse landbouwgewassen, maar in Brazilië zijn in de aardappelras Bintje gehaltes in het blad tussen de 0,4 en 0,5% gemeten. Veruit het meeste onderzoek naar het effect van Si is uitgevoerd met de Si-accumulatoren. De depositie van Si in de plant is afhankelijk van de leeftijd, het type en de locatie van de weefsels, en van opname via de wortel en transpiratie. De opname door de wortel is afhankelijk van gehaltes aan Si, nutriënten en water in de bodem, pH en bodemtype. In de plant wordt Si afgezet in de celwand, in de celinhoud en in intercellulaire ruimtes van wortel, stengel of blad. Hoe ouder de plant of het weefsel, hoe hoger het Si-gehalte. Over het algemeen zit er in de wortel het minste, in de stengel wat meer, en in het blad het meeste Si.

Effecten van Si hebben betrekking op de plantenstructuur, -fysiologie en als bescherming tegen pathogenen/ziekten. Met betrekking tot de structuur betreft het vooral de bescherming tegen compressie in celwanden, onder andere bij doorwortelen van de bodem, een sterkere stengel en verbeterde bladstand. Hiermee verbetert de lichtinterceptie en vermindert legering door bijvoorbeeld wind (granen). Si geeft extra stevigheid doordat het van belang is de vorming van lignine en doordat Si in gelignificeerde celwanden wordt afgezet. Ook voor aardappelen worden verhoogde concentraties lignine in de bladeren en, minder legering (in Nederland weinig relevant), betere bladstand en verhoogde chlorofyllconcentraties gevonden bij Si-bemesting.

In het algemeen verhoogt Si de hoeveelheid mobiel van fosfaat (P) in de grond, vooral bij lage P-gehalten. Dit hoeft niet te betekenen dat de P-opname door het gewas hoger is. Veeleer leidt Si tot een betere translocatie van P in de plant. Dit zou veroorzaakt worden door een geringere opname van mangaan (Mn) en ijzer (Fe) bij aanwezigheid van Si. Opbrengsteffecten worden aangetroffen in situaties van lage P-toestanden bij rijst en gerst, vooral veroorzaakt door een betere translocatie. Voor aardappelen zijn hier geen gegevens over gevonden. Deze positieve effecten zijn mogelijk ook toe te schrijven aan een betere spoorelementvoorziening als gevolg van de aanwezigheid van spoorelementen in veel Si-meststoffen, zoals slakken. Daarnaast is er een effect van de pH-verhoging die optreedt bij gebruik van bijvoorbeeld slakken of andere silicaten. Dit kan een voordeel zijn op zure gronden.
Anderzijds worden er op niet-zure gronden ook positieve opbrengsteffecten gemeld.

De watergebruiksefficiëntie neemt toe naarmate het Si-gehalte stijgt. Per kg geproduceerde droge stof is minder water nodig door een lagere transpiratiesnelheid. Een betere watergebruiksefficiëntie is aangetoond bij rijst, granen en gras, al uit zich dit niet altijd in een hogere drogestofopbrengst onder droge omstandigheden.
Voor aardappelen is in laboratiumopstelling met kweekbuizen een lagere respiratiesnelheid bij toevoeging van Si aan de voedingsoplossing vastgesteld. In een veldproef werd bij aardappelras Bintje gevonden dat de Si-concentratie in de bladeren verhoogd werd door Si-bemesting en door droogtestress. Tevens was het gehalte aan proline verhoogd bij Si-bemesting en vochttekort. Proline is een aminozuur dat bij vochttekort kan worden aangemaakt in de bladeren maar ook snel weer kan worden afgebroken, waardoor het het osmotisch potentiaal kan beïnvloeden en de cellen tegen denaturatieprocessen kan beschermen. Het wordt geassocieerd met de weerstand van planten tegen droogtestress. In deze veldproef werden echter met Si-bemesting zowel hogere opbrengsten gevonden
bij droogte stress als geen droogtestress.

Uit de beschikbare informatie blijkt dat Si een rol speelt bij de ziekteresistentie. De positieve effecten zijn vaak goed gedocumenteerd, hoewel nog onduidelijk is hoe Si ingrijpt op het afweersysteem. Op plekken waar schimmels de plant penetreren, wordt extra Si afgezet rond de infectiehaard. Zodoende ontstaat een fysische barrière. Daarnaast heeft Si waarschijnlijk een signaalfunctie om afweerreacties te induceren. Bij deze afweerreacties speelt de aanmaak van fenolen en fytoalexinen een rol. Niet duidelijk is hoe hoog de Si-opname moet zijn voor een substantiële vermindering van de ziektegevoeligheid.

Onderzoek naar het effect van Si op de weerstand van niet-accumulatoren, zoals (poot)aardappelen, is pas recentelijk op gang gekomen. Er zijn eerste aanwijzingen dat Si-bemesting de weerstand tegen zowel bacterie- als schimmelziekten bij aardappelen kan verhogen. Een verhoogde weerstand werd geconstateerd bij aantasting van aardappelen door Erwinia (zwartbenigheid) en bij aantasting door Ralstonia solanacearum (bruinrot). Daarbij speelde het stimuleren door Si van het afweermechanisme middels aanmaak van fenolen een rol. Ook aantasting door Verticillium dahliae (verwelkingsziekte) werd sterk gereduceerd bij Si-bemesting. In combinatie met kalk was deze reductie nog sterker. De groei van Fusarium oxysporum (droogrot) op een groeimedium in het laboratorium wordt geremd bij hoge Siconcentraties.
Bij de aantasting door Phytophtora infestans is geen effect van Si-bemesting gevonden.

Er zijn verschillende Si-houdende meststoffen beschikbaar. Veelal worden deze meerdere keren per seizoen met de veldspuit als bladmeststof toegediend. Afhankelijk van de formulering wordt minder dan 100 gram tot enkele kilo’s per ha toegediend. Daarnaast zijn er ook kalken met oplosbaar Si. De kalkgift bepaalt de hoeveelheid Si die wordt toegediend.

De vraag of we nu in Nederland ook maar Si moeten gaan gebruiken bij de teelt van aardappelen kan op dit moment niet afdoende beantwoord worden. Daar is een aantal redenen voor:

1. Onduidelijk is wat de Si-beschikbaarheid is in gronden, welke Si-gehalten in gewassen worden aangetroffen en welke relatie hiertussen bestaat. In Nederland wordt het gehalte oplosbaar Si in grond en het Si-gehalte in aardappelen (of andere gewassen) niet vastgesteld. In principe is dit goed mogelijk met de beschikbare meettechnieken. Daarbij lijkt extractie met 0,01 M CaCl2 een goede maat voor de beschikbaarheid in grond.
2. Er zijn (nog) geen duidelijke criteria op basis waarvan besloten kan worden of Si-bemesting zinvol is. Niet duidelijk is hoe groot de effecten zijn op de fosfaatbeschikbaarheid en wat de opbrengstrespons is bij toepassing van Si op fosfaatarm bouwland. Hoewel de ziektedruk bij veel gewassen duidelijk afneemt bij toepassing van Si moet nog worden aangetoond dat Si de weerstand tegen ziekten bij aardappelen kan verhogen. Ook met betrekking tot droogtegevoeligheid ontbreken kwantitatieve gegevens voor de Nederlandse situatie om te beoordelen of het zinvol is om een Si-bemesting toe te passen.

Conclusies

Samenvattend kan worden geconcludeerd dat er met betrekking tot droogtetolerantie en weerbaarheid tegen ziekten alsook uit het oogpunt van P-beschikbaarheid er perspectieven lijken te zijn voor het gebruik van Si in (poot)aardappel.
De volgende (globale) aanbevelingen worden daartoe geformuleerd:

• Stel via monitoring vast welke Si-gehalten in grond (beschikbaar) en aardappel (totaal) worden aangetroffen en bestudeer het verband tussen het Si-gehalte in grond en gewas en de opbrengst, sortering, droge stof gehalte en aantasting door schurft, Fusarium, verwelkingsziekte, zwartbenigheid en stengelrot.
• Monitor/analyseer de droogtetolerantie van aardappelen bij gebruik van wel of geen oplosbaar Si in praktijksituatie op droogtegevoelige zandgrond.
• Bestudeer het effect van wel of geen oplosbaar Si op bouwland op de aantasting van aardappel door schurft, Fusarium, verwelkingsziekte, zwartbenigheid en stengelrot op meerdere locaties, waarvan bekend is dat deze gevoelig zijn deze ziekten. Gebruik daarbij minimaal een product dat via de bodem werkt (Si-houdend kalk of een andere product met goed oplosbaar Si) en een product dat via bladbemesting werkt.

Door een slim ontwerp zijn de effecten van Si op droogtetolerantie en aantasting door ziekten bij aardappel mogelijk in één proef vast te stellen.