< Terug naar vorige pagina

Project

Stikstofbemesting in de sierteelt op basis van seizoensafhankelijke behoefte via proximal sensing en bodemmodellering

De vollegrondproductie van kruidachtige en houtachtige sierteeltgewassen wordt gekenmerkt door een breed scala aan soorten en cultivars die verschillen in groeidynamiek, biomassaproductie en teeltmethode. De Vlaamse sierteeltsector produceert waardevolle kwaliteitsproducten, maar staat voor veel uitdagingen om deze hoge kwaliteit te handhaven in tijden van toenemende milieubeperkingen. Voor de vollegrondproductie specifiek hanteert Vlaanderen stikstofbemestingsnormen om te beantwoorden aan de Europese Nitraatrichtlijn (91/676/EEG). Om aan deze milieubeperkingen te kunnen voldoen én hun concurrentiële positie in binnen- en buitenland te handhaven, heeft de sector een meer beredeneerde en geïntegreerde stikstofbemesting nodig die gebaseerd is op de seizoensafhankelijke stikstofbehoefte.

Omdat stikstof (N) vandaag vaak meer dan voldoende bemest wordt, worden in het najaar dikwijls grote hoeveelheden nitraat in het bodemprofiel gemeten (= het nitraatresidu). Indien de hoeveelheid N in de bodem door bemesting en mineralisatie de behoefte van de gewassen overschrijdt, kan nitraat uitlogen naar diepere bodemlagen bij een neerslagoverschot, en zo het grond- en oppervlaktewater verontreinigen.

Niettegenstaande stikstofopnamecijfers essentieel zijn voor elk bemestingsadvies, was er slechts beperkte informatie beschikbaar over de stikstofbehoefte van vollegrondsierteeltgewassen. Daarom werden zowel groeipatronen als de N-opnamedynamiek van vijf sierteeltgewassen opgevolgd gedurende drie groeiseizoenen (2016-2018) op proefvelden met verschillende bemestingsniveaus. Daarnaast werden deze planten ook gemonitord op kwekerijen, waar de standaard teelt- en bemestingspraktijk gevolgd werd. Chrysanthemum morifolium (potchrysant, cultivars 'Maya' en 'Orlando'), Acer pseudoplatanus (gewone esdoorn, bladverliezend bosplantsoen), Ligustrum ovalifolium (haagliguster, semi-wintergroene struik), Prunus laurocerasus 'Rotundifolia' (paplaurier, groenblijvende struik) en Tilia cordata (winterlinde, bladverliezende laanboom) werden gekozen als zijnde representatief voor de sierteeltproductie in vollegrond. Dit resulteerde in stikstofopnamehoeveelheden die als voldoende kunnen worden beschouwd voor een optimale plantkwaliteit. Doordat verschillende plantleeftijden en teeltmethoden werden gevolgd, konden we echter meermaals vaststellen dat stikstofopname meer werd beïnvloed door onder meer de leeftijd van het uitgangsmateriaal, de toegepaste plantdichtheid en het al dan niet verplant zijn, dan door de soort zelf. Aangezien bovendien gegevens werden verzameld gedurende drie groeiseizoenen, bleek dat de stikstofopname eveneens zeer sterk beïnvloed werd door de telkens verschillende klimatologische omstandigheden. Dit benadrukt de relevantie van datasets waarbij de gegevens met betrekking tot N-opname gedurende meerdere jaren verzameld werden.

Deze bevindingen onderstrepen bovendien het belang van een gefractioneerde bemesting en van de bepaling van zowel de actuele stikstofbehoefte van de plant als de hoeveelheid plantbeschikbare N in de bodem tijdens het groeiseizoen. Wat dat laatste betreft, zouden we op basis van onze resultaten een bodemanalyse adviseren begin juli voor de houtachtigen en begin augustus voor de potchrysant. Om de stikstofstatus van de gewassen tijdens het seizoen te bepalen, werd in deze thesis het potentieel van blad- en gewassensoren onderzocht. Tot op heden zijn deze technieken onderbelicht gebleven voor (houtachtige) sierplanten, ondanks de talloze mogelijkheden die ze bieden om een duurzame stikstofbemesting te ondersteunen.

Op bladniveau vonden we dat epidermale polyfenolen gemeten met de Dualex-sensor bij potchrysant (C. morifolium) sterk gecorreleerd waren met de stikstofconcentratie op bladniveau. Voor de houtachtige soorten (A. pseudoplatanus, L. ovalifolium, P. laurocerasus ‘Rotundifolia’ en T. cordata), was chlorofyl gemeten met zowel een SPAD- als een Dualex-sensor een betrouwbare indicator voor bladstikstof, maar alleen wanneer de bladbiomassa per eenheid van oppervlakte in beschouwing werd genomen. De resultaten tonen aan dat bladsensoren waardevolle beslissingsondersteunende instrumenten kunnen zijn om de stikstofstatus tijdens het groeiseizoen op een objectieve en snelle manier te beoordelen. Desondanks is enige voorzichtigheid geboden wanneer verschillende plantensoorten worden gebruikt, vooral als de bladkarakteristieken verschillen zoals bijvoorbeeld bij de aanwezigheid van een waslaag. Een relatieve benadering, waarbij een verzadigingsindex werd berekend met behulp van een referentieveld dat ruim bemest werd, kan de bruikbaarheid van dit type metingen verhogen. Dit laatste is nodig omdat er geen absolute referentiewaarden voorhanden zijn voor een optimale (blad)stikstofconcentratie voor de vele soorten en cultivars die in kwekerijen worden geteeld.

Op gewasniveau werd de GreenSeeker gedurende drie opeenvolgende groeiseizoenen (2016-2018) getest. Deze veelgebruikte sensor meet rood en infrarood licht dat wordt gereflecteerd door het gewas. Vervolgens wordt de NDVI berekend, een vegetatie-index gerelateerd aan fotosynthetisch actieve biomassa. De verkregen correlaties tussen NDVI enerzijds en biomassa en stikstofopname anderzijds, waren over het algemeen hoog maar soortafhankelijk. Bovendien werden correlaties dikwijls verstoord door het optreden van saturatie wanneer het gewas zich sloot. Uit deze proefopzet kunnen we concluderen dat NDVI-metingen nuttig kunnen zijn om de behoefte aan bijkomende bemesting en de potentiële variabiliteit in het veld te identificeren, maar niet fungeren als een schatter voor stikstofconcentratie op plantniveau. Een relatieve benadering kan in dit kader uitsluiten dat andere parameters dan een stikstoftekort de sensormetingen beïnvloeden, met als voorwaarde dat het referentieveld representatief is voor het volledige veld. Bovendien moet een gepaste drempelwaarde voor actie vooropgesteld worden.

Daarnaast onderzochten we werd tijdens het laatste meetjaar (2018) of een nieuwe hyperspectrale spectroradiometer mogelijkheden biedt als ondersteunend instrument op gewasniveau. Dit toestel meet de gewasreflectie in het visuele en nabij-infraroodgedeelte van het elektromagnetische spectrum (340-820 nm), wat de mogelijkheid biedt om meerdere vegetatie-indices te berekenen. Daarenboven kan het volledige spectrum gebruikt worden door meerdere golflengten te benutten met behulp van multivariate statistiek. Hoewel andere vegetatie-indices dan de NDVI sterk gecorreleerd waren met de opname van biomassa en stikstof (in het bijzonder voor C. morifolium), werd vooral het gebruik van voorspellende modellen met behulp van PLSR-regressie als veelbelovend beschouwd. Via deze techniek werden per soort ook hoge correlaties bekomen voor de N% in de plant. Zowel voor C. morifolium als voor de houtachtige soorten verstoorden najaarsverschijnselen echter de correlatie: bij C. morifolium was dit de bloemknopinitiatie terwijl bij de houtachtigen vooral de translocatie van N naar opslagorganen (wortels en/of hout) speelde. Deze data kunnen bij verder onderzoek buiten beschouwing gelaten worden omdat een bijbemesting rond die periode vaak ongunstig is. Meer gegevens die de robuustheid van de correlaties bevestigen zijn echter nodig om een beslissingsondersteunend adviessysteem te ontwikkelen op basis van de bekomen voorspellingsmodellen.

Omdat elke plant die in vollegrond groeit onlosmakelijk gebonden is aan interacties met de bodem, werd een belangrijk hoofdstuk in deze thesis gewijd aan de stikstofvrijstelling via mineralisatie. Hierbij werd gefocust op de invloed van mechanische bodemwerking en werden de mogelijkheden van vanggewassen onderzocht. Voor de productie van laanbomen, gekenmerkt door een grote plantafstand, een lage stikstofopname en veelvoudige mechanische onkruidbestrijding, werd een veldexperiment opgezet op twee kwekerijen. Gedurende drie jaar na toediening van een praktijkdosis stalmest werd door middel van periodieke bodemstaalname de stikstofvoorraad in de bodem opgevolgd. Op een van de kwekerijen bleek dat minimum 30% van de toegepaste stikstof in het tweede jaar na toediening werd vrijgegeven. Mede door de heterogeniteit van dierlijke mest waren de resultaten niet altijd significant of consistent, maar desalniettemin neigde de stikstofvrijstelling uit stalmest ook op de andere kwekerij zich tijdens het jaar na toediening voort te zetten.

Door middel van een modelmatige benadering werd getracht om de stikstofmineralisatie en ‑uitspoeling te kwantificeren. Omdat beide processen sterk afhankelijk zijn van bodemvochtgehalte en -transport, werden bodemwaterbalansen opgesteld die het bodemvochtgehalte dag aan dag simuleren. Met behulp van een incubatie-experiment werd tevens de mineralisatiesnelheid van de bodem en de stalmest bepaald in labo-omstandigheden, maar, mede door de heterogene aard van de mest, konden de resultaten niet vertaald worden naar veldomstandigheden. Daardoor had de modelmatige benadering meer finetuning nodig dan verwacht. Niettemin waren de stikstofbalansmodellen nuttig als instrument om de stikstofvrijstelling en -uitloging én de impact van enkele beheerstechnieken (mechanische onkruidbestrijding en de inzaai van vanggewassen) voor het eerst te kwantificeren.

Op beide boomkwekerijen bleek de stikstofbemesting en -opname door de laanbomen niet op elkaar afgestemd. De stikstofbehoefte zou bijna volledig gedekt kunnen worden door de verhoogde stikstofvrijstelling na bodembewerking, indien de timing hiervan gesynchroniseerd zou zijn met de vraag van de plant. De stikstofvrijstelling na een bodemverstoring was afhankelijk van het tijdstip, het aantal events en de gekozen modelparameters, maar resulteerde in een extra hoeveelheid van minimaal 109 kg N per hectare gedurende de drie experimentele jaren. Het gemiddelde per event varieerde tussen 8 en 71 kg N ha-1, waarbij de impact per event omgekeerd evenredig leek met het aantal. Verschillen in hoeveelheid minerale N in het veld konden we grotendeels toeschrijven aan onkruidbestrijdingsbeheer (chemisch/mechanisch), waaruit blijkt dat de impact ervan niet mag worden onderschat. Een najaarsbewerking volgend op uitsluitend chemische onkruidbestrijding resulteerde bijvoorbeeld in een uitzonderlijk hoog nitraatresidu en een verdubbeling van de gemodelleerde nitraatuitspoeling tijdens de winter (± 108 NO3--N ha-1 in plaats van ± 54 kg NO3--N ha-1 in de andere jaren). Ten slotte konden we vanggewassen, zelfs als ze laat werden ingezaaid, associëren met een verminderde N-uitspoeling van gemiddeld 33,5%. We stellen daarom voor om de periode waarin controlestalen genomen worden in het kader van de Vlaamse mestwetgeving uit te stellen voor meerjarige teelten. Op basis van onze resultaten raden we ook aan om in plaats van een minerale meststof toe te passen in het voorjaar, de eerste bodembewerking en dus het inwerken van (winterharde) vanggewassen te vervroegen om zo de N-beschikbaarheid aan het begin van het groeiseizoen te verhogen.

 

Datum:13 sep 2016 →  23 jan 2020
Trefwoorden:Nitrogen management, Precision agriculture, Horticulture
Disciplines:Plantenbiologie, Productie van landbouwgewassen, Tuinbouwproductie, Bodemwetenschappen, uitdagingen en vervuiling, Landbouw, land- en landbouwbedrijfsbeheer, Fysische geografie en omgevingsgeowetenschappen, Communicatietechnologie, Geomatische ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project