Rekening houden met de mineralisatie van organische stof in de bodem wordt nog belangrijker bij een veranderend klimaat
Stikstofmineralisatie is een van de belangrijkste aanvoerposten van stikstof tijdens het groeiseizoen. Dit artikel gaat dieper in op de stikstofvrijstelling uit organische stof in de bodem bij variërende weersomstandigheden.
Stikstofmineralisatie is het proces waarbij organische verbindingen door micro-organismen omgezet worden in anorganische verbindingen die weer opgenomen kunnen worden door de plant. Op deze manier wordt er stikstof vrijgezet uit organische stof in de bodem (humus), uit groenbedekkers, uit oogstresten en uit organische bemesting.
Factoren die mineralisatie beïnvloeden
Mineralisatie van organische stof in de bodem wordt beïnvloed door perceelsspecifieke kenmerken (bijvoorbeeld bemestingsgeschiedenis, organischestofgehalte, bodemtype …), door bodembeheer (bodembewerkingen, bekalking...) en door de weersomstandigheden (temperatuur, neerslag…). Zowel de temperatuur als het bodemvochtgehalte heeft een belangrijke invloed op het mineralisatieproces, waarbij gesteld kan worden dat hogere temperaturen en hogere bodemvochtgehalten het proces bevorderen. Het mineralisatiepatroon van organische stof in de bodem doorheen het jaar werd reeds uitvoerig bestudeerd tijdens studies daterend van het begin van deze eeuw.
Figuur 1 geeft een typisch mineralisatiepatroon van organische stof in de bodem weer, dat bekomen werd bij gemiddelde temperaturen en bij voldoende vochtvoorziening. Hogere temperaturen leiden tot een hogere mineralisatie bij voldoende vochtvoorziening, en een piek is waar te nemen in de zomermaanden juli en augustus. In het najaar vermindert de mineralisatie van organische stof in de bodem. Dat is een goede zaak, aangezien het hoofdgewas dan geen stikstof meer opneemt en een stijging van het stikstofgehalte in de bodem ongewenst is.
Droge versus natte zomers
De laatste jaren zijn er meer extreem natte of extreem droge zomers ten gevolge van klimaatverandering. Dat heeft invloed op de mineralisatie van organische stof in de bodem, aangezien deze sterk gestuurd wordt door weersparameters.
Om het effect van droge en natte zomers op de mineralisatie van organische stof in de bodem te illustreren, voerde de Bodemkundige Dienst van België (BDB) simulaties uit voor de periode 2011-2022 op basis van de meteogegevens van Beauvechain. De simulaties gebeurden voor een teelt van wintertarwe zonder vanggewas op een fictief perceel met een lichte leembodem, een organische-koolstofgehalte van 0,9% en een historiek van akkerbouw met enkel minerale bemesting. Voor dit laatste werd bewust gekozen om de invloed van de weersomstandigheden op de mineralisatie van de organische stof in de bodem zo zuiver mogelijk te simuleren door andere invloedsfactoren, zoals mineralisatie uit vanggewassen of organische mest, zoveel mogelijk uit te sluiten.
Simulaties van de mineralisatie
In figuur 2 worden simulaties van de mineralisatie van organische stof in de bodem weergegeven voor een jaar met een natte zomer (2021) en een jaar met een droge zomer (2022). De simulaties zijn opgemaakt ter sensibilisering en zijn bedoeld om relatieve verschillen tussen verschillende jaren te duiden. De absolute waarden van de mineralisatie op de Y-assen zijn dus van minder belang.
In gemiddelde tot natte jaren (bijvoorbeeld 2021) zien we de grootste mineralisatie tijdens de zomer bij hogere temperaturen en valt de mineralisatie terug tijdens de winter omwille van de lagere temperaturen. De beperkende factor is temperatuur. Bij drogere zomers (bijvoorbeeld 2022) daarentegen, valt de mineralisatie uit de organische stof in de bodem terug tijdens de zomer, om daarna, wanneer er opnieuw neerslag valt, opnieuw toe te nemen. De beperkende factor is dan de aanwezigheid van vocht.
Herbevochtiging niet in rekening gebracht
Belangrijk hierbij te vermelden is dat deze simulaties nog geen rekening houden met het effect van herbevochtiging na langdurige droogte. Als bodems uitdrogen gedurende de zomer en daarna herbevochtigd worden door neerslag of irrigatie, ontstaat er vaak een uitbarsting van microbiële activiteit in de bodem, met een mineralisatiepiek en een tijdelijk sterk verhoogde vrijzetting van minerale stikstof als gevolg, eventueel nog versterkt door het uitvoeren van een bodembewerking.
Dit wordt het ‘Birch-effect’ genoemd. Dit ‘Birch effect’ is echter moeilijk te kwantificeren in simulaties, aangezien nog tal van andere factoren hierin een rol spelen. In werkelijkheid zou de totale mineralisatie in het najaar na een droge zomer dus groter kunnen zijn dan wat door deze simulaties berekend wordt.
Variatie vooral in de zomer
De variatie in mineralisatie tussen verschillende jaren met een verschillend neerslagpatroon uit zich dus vooral in de zomermaanden en in mindere mate in het najaar. Dat wordt duidelijk wanneer we de gemiddelden en de standaarddeviaties van de vrijgezette stikstof per tertiaal bekijken voor de simulaties uitgevoerd gedurende 2011-2022 (11 jaar).
Van januari tot april wordt er gemiddeld 19 ± 3 kg N vrijgezet (gemiddelde ± standaarddeviatie) uit de bouwvoor op een lichte leembodem met een organischekoolstofgehalte van 0,9%, tussen mei en augustus is dit 36 ± 22 kg N en van september tot december is dit 32 ± 9 kg N. De hoge standaarddeviatie op de gemiddelde mineralisatie in de zomer duidt op een sterke variatie tussen de jaren. De variatie is eerder beperkt in het voorjaar, zelfs bij variërende neerslag tussen jaren, aangezien de bodems op dat moment nog vochtig zijn na de winter. Het bodemvochtgehalte is hier dus geen beperkende factor voor de mineralisatie, maar wel de temperatuur. Pas wanneer het bodemvochtgehalte daalt, uit zich dit in een terugvallende mineralisatie.
Het verschil in mineralisatie tijdens de zomermaanden tussen droge (2015, 2020, 2022) en gemiddelde tot natte jaren (2012, 2016, 2021) heeft een invloed op de totale jaarlijkse mineralisatie uit organische stof in de bodem (figuur 3). Over de 11 gesimuleerde jaren heen bedraagt de totale jaarlijkse gemiddelde mineralisatie in de bouwvoor 86 kg N/ha op een lichte leembodem met een organische-koolstofgehalte van 0,9% (minimumwaarde: 48 kg N/ha, maximumwaarde: 111 kg N/ha, standaarddeviatie: 26 kg N/ha). In de gemiddelde tot natte jaren is de jaarlijkse neerslaghoeveelheid meer dan 700 mm en is de neerslaghoeveelheid in de periode mei-augustus groter dan 250 mm. In droge jaren is de neerslag gedurende de zomermaanden (mei-augustus) kleiner dan 200 mm en de totale jaarlijkse neerslag kleiner dan 600 mm.
En voor de praktijk?
De jaarlijkse totale mineralisatie uit organische stof in de bodem varieert, met het grootste verschil in vrijgezette minerale stikstof tijdens de zomermaanden.
Gezien het veranderende klimaat is het op voorhand moeilijk in te schatten of een zomer eerder droog of gemiddeld tot nat zal zijn. In droge jaren is er aanzienlijk minder N-vrijstelling uit de bodem, maar bestaat ook het risico dat het gewas minder goed zal groeien door droogte en dus ook minder stikstof zal opnemen. Tijdens gemiddelde tot natte jaren is er meer stikstofvrijstelling uit organische stof in de bodem en zal het gewas in principe ook meer groeikansen krijgen. Te natte periodes tijdens cruciale momenten van de gewasgroei kunnen echter ook nefast zijn voor de gewasgroei, waardoor het gewas minder N opneemt. In dat geval kan een hoge mineralisatie door voldoende vocht in de zomer wel tot N-overschotten leiden.
Bij een veranderend klimaat wordt het dus nog belangrijker om voor de teelten, waar het mogelijk is, maximaal in te zetten op een beperktere basisbemesting. Die kan, zo nodig, aangevuld worden met bijbemesting, zodat rekening gehouden kan worden met de actuele groei van de teelt. Het inschatten van de mineralisatie van organische stof in de bodem zal echter altijd een beperkende factor blijven voor een advies over de bijbemesting, aangezien de weersomstandigheden niet over een langere termijn accuraat genoeg voorspeld kunnen worden. In beide gevallen kan een vochtig en warm najaar echter nog zorgen voor veel mineralisatie van N in de bodem, met verhoogde nitraatresidu’s als gevolg.
