Duurzame landbouw

Stikstofcyclus

Stikstof ondergaat transformaties in de bodem, afhankelijk van de samenstelling van de toegepaste meststof. Nitraat (NO₃^-) en deels ammonium (NH₄⁺) worden direct door planten opgenomen, maar doordat ureum (CO(NH₂)₂) eerst moet worden omgezet in ammonium en vervolgens nitraat, kunnen er verliezen optreden.

Legende

1. Energie in de vorm van aardgas wordt gecombineerd met stikstof uit de lucht tot ammoniak, het basisbestanddeel van stikstofmeststoffen (AN, ureum).
2. Stikstofmeststoffen kunnen worden toegepast in de vorm van minerale stikstof, ammonium, nitraat, ureum, of een combinatie, of als organische meststof en mest met complexe organische stikstofsamenstellingen en ammonium.
3. Door de hoge mobiliteit van nitraat wordt dit zeer snel opgenomen. De meeste planten nemen meer nitraat op t.o.v. ammonium.
4. Ammonium wordt minder snel opgenomen dan nitraat. Ammonium is gebonden aan kleideeltjes en organische stof in de bodem en de wortels moeten deze actief opnemen. Het merendeel van het ammonium is daarom genitrificeerd (omgezet naar nitraat) voordat het door planten wordt opgenomen. Toepassing van een meststof met nitrificatieremmer kan de ammoniumopname bevorderen.
5. Door nitrificatie door bodembacteriën wordt ammonium in een periode van enkele dagen tot enkele weken omgezet in nitraat. Tijdens dit proces komt stikstofoxide en stikstofmonoxide vrij in de atmosfeer. Ook hier kan de toepassing van een nitrificatieremmer de vervluchtiging sterk beperken.
6. Denitrificatie doet zich voor wanneer micro-organismen geen zuurstof krijgen (onderwaterzetting en grondverdichting). In dit proces zetten bodembacteriën nitraat om in gasvormig stikstofoxide, stikstofmonoxide en stikstof. Dit ontsnapt naar de atmosfeer.
7. Door immobilisatie transformeert minerale stikstof tot organische stof in de bodem. De activiteit van bodemmicroben wordt vooral gestimuleerd door ammonium. Immobiele stikstof is niet direct beschikbaar voor opname door planten, maar moet eerst worden gemineraliseerd. Bij het mineraliseren van organische stof (en mest) komt ammonium vrij in de grond.
8. Via splitsing van ureum door bodemenzymen wordt ureum omgezet in ammonium en CO₂-gas. Afhankelijk van de temperatuur duurt dit een dag tot een week. De bodem-pH rond de ureumkorrels neemt tijdens het proces aanzienlijk toe, wat ammoniakvervluchtiging bevordert.
9. Ammoniakvervluchtiging vindt plaats wanneer ammonium wordt omgezet in ammoniak en dit ontsnapt naar de atmosfeer. Een hoge bodem-pH bevordert dit proces. De verliezen zijn het hoogst als dit proces zich afspeelt aan het grondoppervlak. Aan deze twee voorwaarden wordt voldaan wanneer ureum wordt verspreid en niet direct wordt ingewerkt en opgenomen.
10. Uitspoeling van nitraat vindt vooral ‘s winters plaats wanneer door neerslag restnitraat en gemineraliseerd nitraat tot onder de wortelzone wegspoelt. Nauwkeurige bemesting vermindert uitspoeling tijdens en na de groeiperiode.

Stikstof uit nitraat
Nitraat (NO₃^-) wordt gemakkelijk en snel door planten opgenomen. In tegenstelling tot ureum of ammonium is het direct en volledig beschikbaar als voedingsstof voor de plant. Het is zeer mobiel en kan de plantenwortels snel bereiken. Door direct nitraat te bemesten, worden gasvormige verliezen van stikstof (N₂O, NO en N₂) tijdens de transformatie van ureum of ammonium naar nitraat voorkomen.

Stikstof uit ammonium
Ammonium (NH4+) dient actief opgenomen te worden door planten. Daardoor is er minder risico van luxeconsumptie van stikstof. Het zit vaak gebonden aan bodemdeeltjes waardoor ammonium veel minder mobiel is dan nitraat en zodoende niet uitspoelt. De plantenwortels moeten naar het ammonium toe groeien. Het grootste deel van het ammonium wordt door bodemmicroben omgezet in nitraat. Dit proces heet nitrificatie. Hierbij kunnen er gasvormige stikstofverliezen optreden zoals N₂O, NO en N₂. Toepassing van ammonium met een nitrificatieremmer verhindert dit.

Stikstof uit ureum
Planten kunnen ureum slechts in zeer kleine hoeveelheden rechtstreeks opnemen. Ureum moet door bodemmicroben worden omgezet in ammonium. De snelheid waarmee dit gebeurt is sterk afhankelijk van het weer en van de temperatuur. Bij deze stap wordt soms ammoniak (NH3) gevormd dat als gas uit de bodem kan ontsnappen. Ook bij deze stap is er dus stikstofverlies. Het gebruik van een urease-inhibitor kan dit verlies beperken. Deze verliezen zijn de voornaamste reden voor de lagere waargenomen stikstofefficiëntie bij ureum in vergelijking met nitraat- en ammoniummeststoffen.

Verbeteren van de meststoffenefficiëntie

Duurzame landbouw betekent gewassen de juiste condities verschaffen voor optimale groei en dit op lange termijn. Hiervoor is het nodig dat landbouwers de beste praktijken gebruiken om hun opbrengsten te maximaliseren en daarbij de impact van landbouw op het milieu te minimaliseren. Correcte bemestingspraktijken zijn een essentiële stap in dit proces.

De gouden regel voor het gebruik van stikstofmeststoffen is eenvoudig: gebruik het juiste product in de juiste hoeveelheid, op de juiste plek en op het juiste moment. Meststoffen met een betrouwbaar afgifteprofiel die met precisie kunnen worden gebruikt verminderen de verliezen en verhogen de opname door planten.

Stikstof moet in voldoende hoeveelheid aanwezig zijn om de groei en opbrengst van planten niet te beperken. Het teveel aan stikstof dat de behoeften van planten op de korte termijn overschrijdt, kan in het milieu terechtkomen of onnodige consumptie tot gevolg hebben. Het precies afstemmen van de beschikbaarheid van stikstof op zowel de behoeften van planten als op de voedingsstoffen in de grond zorgt voor maximale opbrengsten, minimale effecten op het milieu. Meststoffen met een voorspelbare afgifte van beschikbare stikstof, met een minimum aan verliezen, zijn het beste geschikt voor gedoseerd gebruik. Dit geldt onder andere voor DAN-meststoffen, maar in het algemeen geldt dit niet voor meststoffen zoals ureum. Vrijzetting van nitraat uit ureum en vervluchtigingsverliezen (zie stikstofcyclus) zijn sterk afhankelijk van de weersomstandigheden. Het is moeilijk om dit betrouwbaar te voorspellen, waardoor er al snel te veel of te weinig wordt bemest. Toepassing van specifieke meststoffen met urease- of nitrificatieremmer, slow release en coated release meststoffen, plaatsspecifiek toegediend kunnen zorgen voor een nog efficiëntere opname van plantenvoedingsstoffen.

Precisielandbouw

Technologische hulpmiddelen voor precisielandbouw kunnen bijdragen aan de nauwkeurigheid van de verspreiding van meststoffen. Door middel van sensortechnologie hebben boeren directe controle over het gebruik van meststoffen en beschikken zij over een GPS-overzicht van de hoeveelheid voedingsstoffen.

De stikstofbehoefte van planten wordt constant gemeten gedurende de verspreiding waardoor, bij gelijkmatige verspreiding van nitraatmeststoffen, de hoogste opbrengst bij minimale inzet van stikstof wordt gegarandeerd.