Telen bij lage fosfaatniveaus in de biologische landbouw; achtergronden en literatuurstudie

Fosfaat is belangrijk in de biologische landbouw. Het opraken van fossiele voorraden en emissies naar het oppervlaktewater maken het noodzakelijk het gebruik van fosfaatmeststoffen te beperken en kringlopen na te streven. In de praktijk van de biologische landbouw is er al gauw een fosfaatoverschot op de mineralenbalans wanneer men niet oplet. Aan de andere kant blijkt dat er in de praktijk ook goed geteeld kan worden bij zeer lage fosfaatgehalten in de bodem. Redenen genoeg om een en ander nader te analyseren. Dit onderzoek, uitgevoerd door het Louis Bolk Instituut in samenwerking met Praktijkonderzoek Plant en Omgeving (PPO, WUR), is mogelijk gemaakt binnen het budget van het onderzoeksprogramma Biologische Landbouw van het ministerie EL&I.

Inleiding

Door jarenlang bemesten en importeren van veevoer en kunstmest zijn in Nederland de meeste bouwlanden rijk aan fosfaat, met uitspoeling en afspoeling naar het oppervlaktewater tot gevolg. Fosfaatvoorraden wereldwijd zijn echter eindig. Het beleid is de afgelopen jaren veranderd, en er zijn fosfaatnormen ingesteld die een overmatige bemesting aan banden leggen. De fosfaatnormen voor bouwland hangen af van bodemmetingen (Pw). Ook het meeste bouwland in de Biologische landbouw is rijk aan fosfaat, maar in Flevoland zijn er een aantal bedrijven die sinds jaren bij lage fosfaatgehalten en fosfaataanvoer telen. De Zonnehoeve doet dit al sinds 1981. Opbrengsten bleven hier bij lage Pw gehalten relatief hoog. In dit literatuuronderzoek willen we hier een licht op werpen en kennis maar ook open vragen omtrent het gedrag van fosfaat in de bodem en de interactie met gewassen op een rij zetten.

De opname van fosfaat door planten

De opname van fosfaat door planten gebeurt na mineralisatie, in de vorm van fosfaat-anionen. Planten doen dit actief door uitstoot van bijvoorbeeld protonen en zijn hier relatief goed in (hoge affiniteit). Het is dan ook niet de opnamesnelheid die beperkend kan worden, maar de beschikbaarheid van het gemineraliseerde fosfaat in de bodem. Planten hebben een aantal manieren om om te gaan met minder bodemfosfaat: ze kunnen ‘sparen’ (langzamere groei), investeren in meer of diepere wortels of met exudaten de wortelomgeving veranderen. Dit laatste kan direct door verzuring van de rhizosfeer via uitstoot van zuren of uitstoot van meer fytaat en indirect, door het stimuleren van mineralisatie door micro-organismen.

Fosfaat in de bodem

Het voorkomen van fosfaat in de bodem

De fosfaatanionen in de bodemoplossing die planten opnemen verplaatsen door de bodem middels diffusie. Dit is een langzaam proces. Daarbij komt dat de anionen kunnen worden geadsorbeerd aan positief geladen bodemdeeltjes. Deze reactie is echter omkeerbaar en desorptie van fosfaat zorgt voor een gedeelte van de nalevering. Bodemfosfaat komt voor in minerale verbindingen (aluminium fosfaten, ijzerfosfaten en calciumfosfaten) en in organische verbindingen (fosfaat monoesters (vooral fytaat), diesters en fosfonaten). De verdeling van de verschillende fosfaatvormen in een grond kan gemeten worden met de methode van Chang en Jackson (1958).

Analyse van beschikbaar fosfaat in de bodem

Er zijn veel verschillende analysemethoden om bodemfosfaat te meten. Vaak wordt gekozen voor een combinatie van makkelijk en moeilijk te extraheren methodes. Veel gebruikte extractiemethoden voor beschikbaar bodemfosfaat zijn P-PAE, Spurway-analyse, Pw, P-Olsen en P-Al. Het probleem van deze extractiemethoden is dat ze allen worden uitgevoerd aan de gehele bodem, en geen rekening houden met beworteling, bodemcompactie of mineralisatie uit organisch fosfaat. Blgg Agroxpertus heeft, in samenwerking met NMI, onlangs een meer mechanistische methode ontwikkeld gebaseerd op metingen van direct beschikbaar fosfaat (intensiteit genoemd, door P-PAE) en metingen van de mogelijke nalevering (capaciteit genoemd, P-Al). Deze methode is een verbetering, maar ook hier wordt geen rekening gehouden met beworteling, bodemstructuur en mineralisatie uit organisch fosfaat.

Analyse van beschikbaar fosfaat in de bodem

Bodemfosfaat op bouwland is in het verleden vooral gemeten met behulp van het Pw-getal. Historische gegevens van akkerbouw op kleigrond laten een vergelijkbare situatie zien voor biologische en gangbare landbouw: lage gehalten komen weinig voor, voldoende tot hoog zijn evenredig aanwezig. Pw getallen zijn vaak hoger op oudere biologische bedrijven, doordat mest wordt gegeven om het organische stofgehalte en de stikstofvoorziening beide te verzorgen. Onbedoeld wordt er dan te veel fosfaat gegeven. De verwachting is dat het huidige mestbeleid dit niet drastisch zal veranderen.

Bodemprocessen

Organisch fosfaat

Aan de onvolledigheid van de bestaande bodemanalyses liggen een aantal nog onvoldoende onderzochte zaken ten grondslag: een eerste is de rol van organisch fosfaat. Het is in veel bodems 30 tot 90 procent van het totale fosfaat. Het wordt niet meegenomen bij de standaard bodemanalyses. Er zijn internationaal een aantal aanwijzingen dat het van belang is voor plantenvoeding, maar harde kwantitatieve gegevens over hoe groot deze rol in verschillende bodems en voor verschillende gewassen is ontbreken.

Bodemstructuur en beworteling

Een tweede punt is de rol van bodemstructuur en beworteling. Uit een modelberekening in combinatie met literatuurgegevens blijkt dat een gewas fosfaat opneemt uit enkele procenten tot maximaal zo’n 40 procent van het totale bodemvolume. Met compactie is hierbij nog geen rekening gehouden. Deze cijfers zijn ontnuchterend te noemen. De plant kan reageren op lage fosfaatgehalten door aanpassing van de wortelmorfologie en door symbiose met mycorrhiza’s aan te gaan, of door enzymen (bv. fosfatase) of stoffen die fosfaattransport ondersteunen uit te scheiden.

Bodemleven

Het bodemleven (inclusief regenwormen) kan fosfaat mineraliseren en is van belang voor een goede fosfaatvoorziening. De wijze waarop dit proces gestuurd kan worden is nog onvoldoende bekend.

Mycorrhiza

Landbouwgewassen kunnen symbiose aangaan met endotrophe Vesiculaire-Arbusculaire mycorrhiza’s (VA). Deze schimmels zorgen voor een soort ‘uitbreiding’ van het eigen wortelsysteem, vergroten hiermee het worteloppervlak en de fosfaatopname. De fosfaatopname gaat bij deze schimmels ook efficiënter dan bij wortels van landbouwgewassen. Een lage voedingstoestand van fosfaat, maar ook van stikstof van de bodem stimuleert de symbiose van gewassen. Het verschilt per soort gewas: zaaiuien hebben een klein wortelstelsel maar veel symbiose, aardappels en tarwe hebben beperkte symbiose en bieten en koolgewassen gaan geen symbiose aan. De symbiose wordt beïnvloed door voorvrucht en grondbewerking.

Interactie van fosfaat opname met andere (an)ionen

Voor fosfaat opname door planten wordt er in de literatuur door diverse auteurs een positieve interactie met stikstof beschreven. Hogere toediening van stikstof leidt hierbij tot hogere stikstof en fosfaat opname. Het mechanisme is onvoldoende bekend, maar voor een deel lijkt het te maken te hebben met verhoogde wortelgroei, een hogere opname en translocatie capaciteit voor fosfaat en een verlaging van pH in de rhizosfeer (bodem) door opname van NH₄⁺. Er zijn aanwijzingen voor een negatieve interactie tussen nitraat en fosfaat gevonden. Wel tonen verschillende studies aan dat hoge doses fosfaat uit mest de beschikbaarheid van zink en ijzer negatief beïnvloeden. Over de onderliggende mechanismen zijn er een aantal theorieën, maar het is niet duidelijk of het hier gaat om een proces dat in de bodem (rhizosfeer) plaatsvindt of juist in de plant zelf. Tot slotte is er een positieve interactie tussen mangaan en fosfaat, en is het de verwachting dat die er ook is met magnesium.

Stikstofbinding bij lage fosfaatvoorziening

Stikstofbinding door vlinderbloemigen is belangrijk voor de biologische landbouw, en hiervoor is voldoende kalium van groot belang. Echter, over de gevolgen van lage bodemfosfaatgehalten op stikstofbinding zijn er nog geen gegevens beschikbaar.

Conclusie

Fosfor bevindt zich in anorganische en organische vorm in de bodem. Beide lijken van belang voor plantenvoeding, maar over de verhouding waarin deze bronnen een rol spelen voor akkerbouw op kalkhoudende klei en zavelgronden is nog onvoldoende bekend. De huidige bodemanalyses worden verbeterd, maar er wordt vooral anorganisch fosfaat geanalyseerd. Planten hebben veel mechanismen om fosfaat op te nemen, maar het speelt zich allemaal heel dicht bij de wortel af en de meeste potentieel beschikbare fosfaat is daarom toch niet effectief beschikbaar. De bodemstructuur en beworteling bepalen het deel van de bodem dat toegankelijk is. Verzorging van de bodemstructuur en stimulering van het bodemleven zijn belangrijke maatregelen om bij lage fosfaatniveau ’s te kunnen telen. Dat biologische bedrijven die dit goed verzorgden langere tijd zonder fosfaatgebrek goed konden telen is gezien de aard van de processen aannemelijk.