In de bodem is een uiterst diverse gemeenschap aan micro-organismen zoals bacteriën en schimmels actief, het zogenaamde bodemmicrobioom. Tussen dit microbioom en bodemgezondheid is er een verband. Hoe dat in elkaar zit, is echter nog niet geheel ontrafeld.
ILVO-UGent-onderzoeker Lisa Joos analyseerde tijdens haar doctoraat een grote reeks bodemstalen uit veldproeven met een verschillende, gekende voorgeschiedenis, en dat zowel met chemische als met DNA- en RNA-gebaseerde methodes. De studie brengt de bodemwetenschap een stap dichter bij een microbioom-indicator voor bodemgezondheid.
“Ten eerste blijkt dat de staalname op zich (tijdstip, diepte en locatie binnen een veld) een sterke invloed heeft op de samenstelling van het bodemmicrobioom, wat de interpretatie van een analyseresultaat complex maakt. Ten tweede ziet het ernaar uit dat de samenstelling of de aanwezigheid van bepaalde soorten micro-organismen niet meteen in staat zijn om de mate van bodemgezondheid aan te geven. Daarentegen kan de grootte van de microbioomreactie op een toegediende stress misschien wél de basis vormen voor een indicator van bodemgezondheid”, zegt Joos.
Een bodemgezondheidstest bevestigd en gevalideerd krijgen als meetinstrument kost nog flink wat onderzoek.
Unieke aanpak
De bodem is een complex, levend systeem. Onder meer het Instituut voor Landbouw-, Visserij- en Voedingsonderzoek (ILVO) onderzoekt al tientallen jaren het effect van de landbouw op de bodemgezondheid. Het blijft echter onduidelijk welke biologische parameters dit betrouwbaar, precies en vlot meten. Men telt nu bijvoorbeeld de aanwezige regenwormen, of bepaalde soorten aaltjes of schimmels.
In dit nieuwe onderzoek is ervoor gekozen om opvallend veel verschillende bodemstalen te nemen en om daar telkens het volledige microbioom van te bepalen, in de hoop om op termijn tot een microbioom-indicator voor bodemgezondheid te komen. De staalnames gebeurden gespreid in de tijd (om de 5 weken, een heel jaar lang), op verschillende dieptes en uit meerdere proefvelden die verschilden in bodemgezondheid en die elk een andere organische toevoeging hadden gekregen.
Tijdstip van staalname
Vele onderzoeken rond bodemmicrobioom steunen hun verhaal op één of op een zeer beperkt aantal tijdspunten. Nu blijkt dat het tijdstip van de staalname in het seizoen belangrijke wijzigingen in het bodemmicrobioom met zich meebrengen, waardoor effecten van organische toevoeging, zoals compost of biochar (stabiele, inerte koolstof), op het bodemmicrobioom gemaskeerd kunnen raken door het staalnamemoment.
Lisa Joos: “In het veld waar 10 jaar geleden eenmalig een dosis biochar was toegediend, constateerde ik een stabiel bodemmicrobioom doorheen het jaar. Het veld waar jaarlijks compost werd toegediend, toonde wel sterkere veranderingen in de microbioomsamenstelling. Er was echter één belangrijke nuance: de grootste waargenomen schommelingen hadden te maken met het tijdstip waarop de bodemstalen waren genomen, en niet met de organische toedieningen.”
Plek en diepte staalname
Een andere opmerkelijke vaststelling gebeurde bij het onderling vergelijken van de bodemmicrobioomanalyses uit de vier controleplots. Controleplots zijn veldjes die in een proefopzet geen enkele behandeling ondergaan. De hypothese was dat het bodemmicrobioom van deze 4 controleveldjes onderling vrij gelijklopend zou zijn. “De analyseresultaten verschilden juist onderling sterk qua samenstelling, ongeacht welk tijdstip werd bestudeerd, terwijl ze dus eenzelfde ‘nulregime’ kregen en soms nog geen 40 m van elkaar lagen.”
Ook een vergelijking van het bodemmicrobioom op 2 dieptes, namelijk 0-10 cm en 10-30 cm, leverde in de analyseresultaten sterke verschillen: de bovenste laag is meer blootgesteld aan allerlei omgevingsfactoren, met wellicht sterkere variabiliteit doorheen de tijd tot gevolg dan wanneer er dieper wordt gesampeld.
Het grote aantal metingen toont dat bodemmicrobioom gevoelig is voor multifactoriële variabiliteit. De procedure rond het nemen van de grondstalen is dus belangrijk, om nadien betekenisvolle vergelijkingen of modellen te kunnen maken. Als het tijdstip, de plaats en de diepte niet nauwkeurig zijn vastgelegd, weet je niet hoe groot de foutmarge is op uitspraken over bodemgezondheid. “Ten tweede moeten we uitkijken met conclusies op basis van weinig of slechts één metabarcodinganalyse van één staalnametijdstip, diepte of plek.”
Adaptiviteit na toegediende stress
Vanuit die vaststelling zette de onderzoekster een stap naar een incubatortest. Daarmee sluit je omgevingsfactoren die ruis veroorzaken bij veldwaarnemingen uit. Onder gecontroleerde omstandigheden stel je het bodemmicrobioom bloot aan stressfactoren, waarbij je heel precies de toestand voor en na de stress vastlegt en de 2 scores vergelijkt.
De ‘toegediende stresservaring’ bestond uit 3 achtereenvolgende behandelingen: eerst werden ze nat gemaakt (zogenaamde plotse grote regenval), daarna werden ze aan droogte onderworpen en ten slotte kregen ze de inerte organische stof chitine toegediend, een poeder op basis van skelet van insecten of kreeftachtigen.
“De mate van verandering koppelde ik vervolgens met de bodemgezondheid van de bestudeerde gronden, vanuit de hypothese dat het bodemmicrobioom gevoeliger reageert op stress in een minder gezonde bodem. Hoe ongezonder de bodem, hoe meer veranderingen in de samenstelling van het microbioom.”
Resultaten bevestigen nieuwe hypothese
De resultaten van de incubatortest voor en na stress, bevestigden de hypothese verrassend goed. De grootte van de verandering in het bodemmicrobioom voor en na stress correleerde goed met de reeds gekende bodemgezondheid. Het aanpassingsvermogen lijkt dus een betere indicator dan de samenstelling van microbioom op zich.
In de incubatortest van dit doctoraat vertoont het bodemmicrobioom van de gezonde bodem minder verschuivingen na iedere stressor, in vergelijking met het microbioom uit de ongezondere bodems. De grootte van de reactie van het bodemmicrobioom op kortetermijnverstoringen correleert mooi met de mate van bodemgezondheid.
“Niet de aard van de bodemorganismen, maar eerder de veerkracht van die totale gemeenschap aan bacteriën en schimmels ten aanzien van externe stress, maakt volgens mij kans om uit te groeien tot een nieuwe indicator voor bodemgezondheid”, besluit onderzoeker Lisa Joos.
Geen definitieve conclusies
“Natuurlijk zijn er geen definitieve conclusies te trekken op basis van de beperkte hoeveelheid onderzochte bodems. Via veel herhalingen op andere bodems en in andere teeltomstandigheden moet deze methode nog verder uitgewerkt en gevalideerd worden, maar we hebben nu wel een interessante richting te pakken”, meent Dr. Jane Debode, ILVO-copromotor van het doctoraat.
“De incubator-verstoringstest’ is nu op 2 bodems getest en de duur van de verstoring was vrij lang (5 weken). Nu kunnen we zoeken naar een snellere verstoring. De eerste stap naar een robuuste biologische indicator voor bodemgezondheid op basis van een bodemmicrobioom reactie-na-stress is gezet”, stelt Dr. Caroline De Tender, UGent-promotor.
ILVO
