De optimale bodem voor planten

De optimale bodem voor planten hangt van vele factoren af. Hieronder worden de meest bekende behandeld.

De zuurgraad van de bodem (pH)

De zuurgraad, oftewel de pH, van de bodem is een belangrijke eigenschap. De pH is een maat voor de concentratie vrije waterstofionen (H+). Hoe meer van die ionen in de grond voor komen, des te zuurder en des te lager de pH. Daar tegenover staat hoe minder van deze ionen, des te minder zuur en des te hoger de pH.

De pH-waarde varieert van 0 tot 14. De pH van zuiver water is 7, we noemen dit neutraal. Wanneer de pH van een stof lager is dan 7, dan is deze zuur; is deze hoger dan 7, dan is de stof basisch (alkalisch).

De pH wordt als volgt gedefinieerd: pH = -log [H+]. De pH is dus een logaritmische waarde: als iets 10 maal zuurder is (10 maal meer vrije waterstofionen), dan wordt het pH-getal één eenheid lager. Is een stof 100 maal zuurder, dan daalt de pH met twee eenheden. Gras- en akkerland met een pH van 4,5 is dan dus ook 100 maal zuurder dan een bodem met een pH van 6,5. Bodems met een dergelijke lage pH hebben een opbrengstverlagend effect. De gewassen van een dergelijke bodem kunnen gebrekverschijnselen vertonen (o.a. spoorelementen).

Het uiteenvallen in kleinere stukken, oplossen en/of reageren op een andere wijze, van de chemische verbindingen in de voedingstoffen is afhankelijk van de wetmatigheden die bij een zuurgraad worden gesteld.

Het bepalen van de pH
Er zijn twee methoden die in de praktijk worden gebruikt om de pH te bepalen. Dit zijn: de pH-water (H20) en de pH-kaliumchloride (KCl). De pH-water wordt gemeten door water aan de grond toe te voegen. Met dit pH-water meten we de vrije H+ ionen, maar niet de H+ ionen, die gebonden zijn aan de klei- en humusdeeltjes. De pH-kaliumchloride wordt gemeten door een oplossing van kaliumchloride aan de grond toe te voegen. Dit pH-kaliumchloride maakt de H+ ionen die aan de klei- en humusdeeltjes zitten wel los.

Tussen de beide methoden zit dus een verschil. Dit kan variëren van een 0,3 tot 1,1 (gemiddeld 0,7) eenheden lagere pH-kaliumchloride dan die van de pH-water. Hieruit blijkt dat de factoren kleimineralen en organische stoffen een zeer belangrijke rol spelen in de bodem. Deze stoffen hebben namelijk de capaciteit om de H+ ionen te binden en vervolgens uit te wisselen. Dit staat in de bodemkunde bekend als de wet van de ionenwisseling.

De verschillende grondsoorten en hun bijbehorende pH
Naast het waterstofbindendevermogen van de klei- en humusdeeltjes is de pH ook sterk afhankelijk van de grondsoort. Heel lichte gronden zijn al bruikbaar bij een pH van ongeveer 4,6 terwijl zware klei pas bruikbaar is vanaf een pH van ongeveer 6,5.

In onderstaande tabel is te lezen welke pH-waarde gunstig is voor welke grondsoort.

Het gaat hier dus steeds om pH (KCI)! Er wordt hier geen rekening gehouden met het feit dat humusarme gronden een pH vragen van 0,4 pH-eenheden hoger dan humusrijke gronden.

Belang voor de plantenvoeding
Hoe het komt dat planten niet willen groeien als de pH van de bodem niet geschikt is, heeft alles te maken met de voeding van de plant. Zoals we al zagen bepaalt de pH voor een groot deel hoe de voedingselementen die in de grond zitten zich zullen gedragen. Bij een bepaalde zuurgraad vormen sommige elementen andere verbindingen, die niet opneembaar zijn voor de plantenwortels. De elementen zitten dus nog wel in de grond, maar zijn niet meer beschikbaar voor de planten. Dat leidt dan tot gebrekverschijnselen, die het eerst tot uiting komen bij die elementen waar de planten het minst van nodig hebben. Een voorbeeld: bloemkolen geteeld op te zure grond, vanaf pH lager dan 6, hebben vaak last van molybdeengebrek en krijgen dan draaihartigheid: de jongste blaadjes zijn gedraaid en gebobbeld en er vormt zich geen bloem. Hoewel de plant dus slechts zeer weinig molybdeen nodig heeft en er voldoende van dat element in de grond zit, lijdt de plant aan een gebrek.

Een overzicht van de meest voorkomende problemen:

N.B. De gewassen ondervinden minder schade van een te lage pH, naarmate het humusgehalte hoger is.

Verhogen van de zuurgraad
Om de pH te verhogen en de grond minder zuur te maken, zijn er hoofdzakelijk twee mogelijkheden: kalk strooien en bodembewerking.

Door kalk te strooien, veroorzaken we in de grond chemische reacties (namelijk binding van de vrije waterstofionen), die de pH omhoog brengen. Bekalken verbetert bovendien de bodemstructuur.

Bij bodembewerking wordt er lucht in de grond gebracht. Zo kan het gevormde koolzuurgas beter ontsnappen, waardoor de poriën zich weer vullen met lucht en de grond beter kan opdrogen.

IJzer

De bodem moet voor planten opneembaar ijzer bevatten. Tekorten hiervan kunnen voor planten het volgende als gevolg hebben: het voordoen van witte verkleuringen, het geel worden van jonge bladeren en groeipunten, bladrandverdrogingen en afsterven van de draagtakken. Met ijzerbevattende kunstmest kan de ijzervoorziening van de bodem op peil worden gehouden.

Fosfor

Fosfor is een essentiële voedingsstof voor planten en dieren, in de vorm van PO43- ionen en HPO42- ionen. Het is een deel van DNA-moleculen, moleculen die energie opslaan (ATP en ADP), en het zit in vetten en celmembranen.

Fosfor komt op aarde voor in het water, de bodem en het sediment. In tegenstelling tot andere stoffen in de stoffencycli, wordt fosfor niet in gasvormige staat in de lucht gevonden. Fosfor is namelijk bij normale druk en temperatuur vloeibaar. Het circuleert vooral door het water, de bodem en het sediment. In de atmosfeer kan het vooral gevonden worden in de vorm van zeer kleine stofdeeltjes.

Fosfor wordt vooral als fosfaatzout gevonden in rotsformaties en oceaansedimenten. Fosfaatzouten die vrijkomen als gevolg van de verwering van rotsen lossen meestal op in bodemwater en worden opgenomen door planten. Omdat de hoeveelheid fosfor in de bodem doorgaans laag is, is het vaak de beperkende factor bij plantengroei. Daarom passen mensen vaak fosfaatmeststoffen toe in de landbouw. Fosfaat is de beperkende factor bij plantengroei in mariene ecosystemen, omdat het niet goed in water oplost. Dieren nemen fosfaten op door planten te eten of plantenetende dieren te eten.

Wanneer dieren en planten sterven, keert het door hen uit de bodem opgenomen fosfaat tijdens de afbraak terug in de bodem en oceanen. Daarna komt het fosfor weer terecht in sedimenten en rotsformaties, waar het miljoenen jaren kan blijven. Uiteindelijk komt het fosfor weer door verwering vrij en begint de hele cyclus weer opnieuw.

Calcium in de bodem

Het Ca2+ ion is het meest voorkomende, uitwisselbare, en positieve ion in de bodem. Dit geldt zowel voor zure als voor basische grond. Bodems die zuur zijn hebben echter weinig uitwisselbaar calcium. Neutrale of basische bodems bevatten grote hoeveelheden uitwisselbaar calcium.

Calcium speelt niet alleen een rol als voedingselement, maar is ook zeer belangrijk als bodemverbeteraar. In de eerste plaats is het om die reden dat bemesting met kalkmeststoffen wordt uitgevoerd. Door het toedienen van kalkmeststoffen stijgt de pH van de bodem. Calcium regelt zo de zuurgraad van de grond. Ook verbetert calcium de structuur van de bodem. Dat is vooral van belang voor kleigronden, die er minder stug door worden, maar ook voor leemgronden, die minder gaan verslempen. De hogere zuurgraad bevordert de ontwikkeling van bacteriën en actinomyceten (straalschimmels), wat leidt tot een snellere mineralisatie van de organische stof in de grond. De voedingsstoffen die er in aanwezig zijn, komen dus sneller ter beschikking van de planten. Te grote calciumgiften kunnen de humusvoorraad te snel doen dalen. Vooral in zandgronden is dat gevaar reëel. Te zware kalkgiften moet men daar dus vermijden. Een overmaat aan calciumionen in de bodemoplossing heeft tot gevolg dat andere ionen minder opneembaar zijn (antagonisme).

De bronnen voor calcium zijn de zee (schelpenkalk en algenafzettingen, bij het laatste voornamelijk zeewier) en gesteenten (o.a. kalkmergel en dolomietenkalk).

Bij de afbraak van humus komt veel koolstofdioxide (CO2) vrij. Dat zuur zet onoplosbare verbindingen om in plantenvoedsel. Bekalking bevordert ook de omzetting van ammoniumverbindingen in nitraat. Bekalking maakt dus plantenvoedsel vrij uit de grond. Indien de voedselvoorraad van de bodem niet regelmatig wordt aangevuld, is het resultaat op langere termijn een daling van het humusgehalte en een complete verarming (uitmergeling) van de grond.

Voor het bodemleven is een goede zuurgraad ook erg belangrijk. De stikstofvastleggende bacteriën bijvoorbeeld, zijn erg gevoelig voor een lage pH. Bekalking van een zure grond bevordert dus de stikstofvastlegging door bodemorganismen. Bekalking verbetert ook de magnesiumvoorziening, door de stijgende pH en door het magnesium dat kalkmeststoffen doorgaans bevatten.

Verder verhindert bekalking de uitspoeling van fosfor. Het vormt er calciumfosfaat mee, dat weinig oplosbaar is, maar toch voldoende fosfor ter beschikking stelt voor de planten. Door teveel bekalking kan een grond te basisch worden (te hoge pH). Dit heeft nadelige gevolgen voor de voedselvoorziening van de planten.

In de grond komt calcium voor als calciumcarbonaat (CaCO3) en als positief ion (Ca2+) komt het voor in de bodemoplossing en vastgehecht aan klei- en humusdeeltjes. De bronnen voor calcium zijn de zee (schelpenkalk en algenafzettingen, bij het laatste voornamelijk zeewier) en gesteenten (o.a. kalkmergel en dolomietenkalk).

Stikstof

Stikstof resulteert voor een snelle groei van de bovenste delen van de plant. Dit komt doordat stikstof de fotosynthese bevordert en het grootste deel van de droge stofproductie naar de bovengrondse delen stuurt. Een minder zichtbaar effect van stikstof is de invloed op de kwaliteit (voederwaarde) van de plant. Voor de plant maakt het niet uit waar de stikstof vandaan komt, zolang deze maar voor de plant opneembaar is. Bij vochttekorten daalt de hoeveelheid stikstof in de bodem.

De stikstofstroom door de bodem
Planten nemen via de wortels stikstof op uit het bodemvocht. Deze stikstof wordt opgenomen als nitraat (NO3-), ammonium (NH4+) of ureum. De wortels hebben een voorkeur voor stikstof in de vorm van nitraat. Bodemprocessen als uit- en afspoeling, denitrificatie, immobilisatie (vastlegging), en vervluchtiging, zorgen dat een hoeveelheid minerale stikstof uit de bodem verdwijnt. De klavers vormen hierbij een uitzondering, omdat bij deze plant de stikstofopname plaatsvindt via de wortelknolletjes. Ze nemen elementaire stikstof (N2) op uit de lucht.

De bodem zelf heeft ook een stikstofleverend vermogen. Deze stikstof is afkomstig van mineralisatie van organisch gebonden stikstof (o.a. mest- en gewasresten) in de bodem, depositie van stikstof uit de atmosfeer, en de binding van stikstof uit de lucht door bacteriën. Dit wordt het stikstofleverend vermogen van de bodem genoemd. Het stikstofleverend vermogen kan uiteenlopen van ongeveer 100 kg N/ha op arme, droge zandgronden tot 500 kg N/ha op redelijk goed ontwaterde veengronden.

Stikstofgift
Bij het gebruik van kunstmest kan de stikstofgift geheel bepaald worden door de mens. Bij dierlijke mest ligt dit anders. Deze mest bestaat uit urine (gier) en vaste mest (faeces). De stikstof uit urine wordt in de bodem snel omgezet in de door planten opneembare vorm. Het vaste deel van de mest bevat voornamelijk organisch gebonden stikstof. Bij dierlijke mest wordt alleen de minerale vorm, wat in het jaar van toediening beschikbaar is, voor de planten gerekend als stikstofgift. De stikstofvoorziening wordt ook aangevuld door stikstof uit de atmosfeer. Deze aanvoer is afkomstig van de emissie uit de industrie (NOx), het verkeer (NOx) en de landbouw (NH3).

De afbraak van in de bodem aanwezige organische verbindingen door bodemorganismen, voor eigen energievoorziening, wordt mineralisatie genoemd. Bij deze afbraak komen de mineralen (stikstof, fosfaat en zwavel) uit het organisch materiaal vrij. Een gedeelte van de gemineraliseerde mineralen wordt echter weer gebruikt voor de opbouw van nieuwe micro-organismen. De stikstof die jaarlijks mineraliseert, levert kwantitatief een belangrijke bijdrage aan de bodemoplossing en is evenredig met de hoeveelheid organisch gebonden stikstof in de bodem. Hoeveel stikstof er tijdens het groeiseizoen mineraliseert, hangt niet alleen af van de hoeveelheid organisch gebonden stikstof, maar ook van de omstandigheden in de bodem. Gunstige omstandigheden in de bodem voor mineralisatie betekenen een hoge mineralisatiesnelheid. De belangrijkste factoren hierbij zijn: de temperatuur, de vochtvoorziening, de zuurstofvoorziening, en het lutumgehalte.

- Temperatuur
In het voorjaar stijgt de temperatuur. De bodem warmt langzaam op, waardoor de activiteit van de bodemorganismen toeneemt. De mineralisatie van stikstof komt dan op gang. De toename in snelheid van mineralisatie is afhankelijk van de temperatuur.

- Vocht- en zuurstofvoorziening
De vocht- en zuurstofvoorziening zijn eveneens belangrijk. Zonder vocht kunnen de micro-organismen niet leven. De mineralisatie komt bij vochttekort bijna stil te liggen. Een teveel aan water in de bodem is ook schadelijk voor de mineralisatie. Dit gaat samen met een tekort aan zuurstof, waardoor de mineralisatie vertraagt.

- Lutumgehalte
Uit onderzoek is gebleken dat een te hoog percentage lutum in de bodem de mineralisatiesnelheid remt. Dit betekent dat in een kleigrond de mineralisatie langzamer verloopt dan in zandgronden. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk dat de kleideeltjes de organische stof beschermen tegen afbraak.

Stikstofkringloop