Kunstmest en dierlijke mest zijn allebei hard nodig
Sinds Fritz Haber en Carl Bosch er begin vorige eeuw in slaagden om stikstof uit de lucht vast te leggen, is de hoeveelheid stikstof die langs die synthetische weg wordt vastgelegd bijna even groot als de hoeveelheid die bacteriën vastleggen. Veel van de biologisch en synthetisch vastgelegde stikstof wordt echter niet benut en dat leidt tot vervuiling van lucht, water en bodem en tot aantasting van biodiversiteit. Die verliezen zijn groot. Gemiddeld genomen wordt bijna 60 procent van de stikstof die in de vorm van kunstmest, dierlijke mest en compost op het land wordt gebracht, niet door de plant opgenomen. Als we kijken naar de hoeveelheid stikstof die we zelf consumeren in de vorm van plantaardige en dierlijke eiwitten is het nuttig gebruik nog een stuk lager, namelijk 17 procent.
Overbemesting
Een deel van die niet opgenomen stikstof naar schatting zon 40 procent wordt door bacteriën in de bodem weer omgezet in niet-reactieve stikstof (N2) die eerder door bacteriën of in de kunstmestfabriek is vastgelegd. Beetje zonde van de moeite want voor het synthetisch vastleggen van stikstof is nogal wat aardgas nodig.
Van de resterende stikstof wordt een deel omgezet in lachgas, een persistent broeikasgas dat ongeveer 200 keer meer opwarming kan veroorzaken dan CO2. Een ander deel verdwijnt ook in de atmosfeer in de vorm van ammoniak. Als het neerslaat zorgt het voor (onbedoelde) verrijking van ecosystemen. Een ander deel spoelt uit en leidt onder meer tot algenbloei en dead zones in rivieren, meren en kustzeeën. Bij gebruik van dierlijke mest zijn de stikstofverliezen 50 tot 70 procent hoger dan bij kunstmest. De belangrijkste reden voor dit verschil is dat je van dierlijke mest meer nodig hebt, omdat de stikstof langzamer vrijkomt en niet altijd op het moment dat het gewas er behoefte aan heeft.
Veel van de biologisch en synthetisch vastgelegde stikstof wordt echter niet benut
Broeikasgassen
Omdat meer stikstof wordt toegepast, komt ook meer broeikasgas vrij bij gebruik van dierlijke mest, met name lachgas. Daar staat tegenover dat voor kunstmest, zoals gezegd, veel aardgas nodig is. De CO2-uitstoot is ongeveer 1 procent van de totale CO2-uitstoot (2 tot 4 ton CO2 per ton stikstof), waarmee de bijdrage van dierlijke mest en kunstmest aan het broeikaseffect ongeveer gelijk is.
In de biologische landbouw worden niet alleen dierlijke mest en compost gebruikt als stikstofbron, maar ook groenbemesting: het telen van gewassen, zoals bonen en klaver, die samenleven met bepaalde bacteriën die stikstof uit de lucht kunnen binden. Enerzijds zorgt die extra stikstof voor meer lachgas, maar anderzijds zorgt groenbemesting ook voor het vastleggen van koolstof in de bodem. Qua broeikaseffect ontlopen dierlijke mest en kunstmest elkaar dus niet veel, concluderen Dan Blaustein-Rejto en zijn collegas van The Breakthrough Institute, een Amerikaanse denktank.
Landgebruik
Voor landgebruik ligt dat anders. Uit allerlei vergelijkingen blijkt dat de opbrengsten per hectare in de biologische landbouw lager zijn dan in de gangbare landbouw. Dat heeft mede te maken met de beschikbaarheid van stikstof in de juiste hoeveelheid en op het juiste moment. Het verschilt nogal per gewas, maar gemiddeld is de opbrengst 20 tot 25 procent lager als je het ene perceel met het andere vergelijkt.
Die vergelijking is echter niet compleet. Er is ook nog een shadow footprint die wordt gevormd door het areaal dat nodig is voor de teelt van gewassen, die stikstof biologisch vastleggen. Die gewassen worden of direct benut, door ze onder te werken waardoor de vastgelegde stikstof ten goede komt aan het volggewas. Of ze worden als veevoer of voedsel gebruikt, waarna de stikstof in de vorm van dierlijke mest of compost wordt (her)gebruikt. Als we die shadow footprint die nodig is voor het biologisch vastleggen van stikstof optellen bij het extra areaal dat nodig is wegens de lagere opbrengsten in de biologische landbouw, dan zouden we volgens The Breakthrough Institute tussen de 40 en 100 procent meer landbouwgrond nodig hebben; een areaal ter grootte van Australië dan wel Rusland. Zon uitbreiding zou een enorme aanslag betekenen op de biodiversiteit, om nog maar niet te spreken van alle CO2 die vrijkomt door het kappen van bomen en het ontginnen van woeste gronden.
Beter management
De vraag meer of minder kunstmest dan wel meer of minder dierlijke mest, compost en groenbemesting is dus helemaal niet zo relevant. Er zijn uiteenlopende bronnen van reactieve stikstof, van zowel synthetische als biologische oorsprong en de relevante vraag is: Hoe kunnen we die stikstof het meest efficiënt benutten met zo min mogelijk verliezen naar de omgeving? Het juiste antwoord hangt sterk af van de situatie waarin de boer zich bevindt. Er is dus geen one size fits all.
Om te beginnen kun je denken aan meer gerichte toepassing. In Nederland is de hoeveelheid stikstof per hectare grasland bijna gehalveerd als gevolg van de mestwetgeving en van initiatieven van onderop, zoals kringloopboeren. De laatste jaren zien we trouwens weer een lichte stijging doordat er verhoudingsgewijs meer dierlijke mest dan kunstmest wordt gebruikt. In China is tussen 2005 en 2015 een omvangrijk programma uitgevoerd met 21 miljoen kleine boeren om kunstmest efficiënter te gebruiken. Dankzij beter management daalde het gebruik van stikstof met 15 tot 18 procent, terwijl de opbrengst steeg met 10 procent. In geld uitgedrukt leverde de hogere opbrengst en het verminderd gebruik van kunstmest circa 12 miljard dollar op. De uit- en afspoeling van stikstof daalde met 25 procent, terwijl de uitstoot van broeikasgassen in termen van CO2-equivalenten daalde met ruim 20 procent.
Gewassen verleiden tot samenleving met stikstofbindende bacteriën
Precisietechnieken
Boeren krijgen steeds meer precisietechnieken tot hun beschikking waarmee ze het stikstofgebruik kunnen reduceren, zoals sensoren die de voedingstoestand van bodem en gewas meten en actuatoren die delen van een perceel of zelfs individuele planten van de juiste hoeveelheid stikstof voorzien. Voor een nauwkeurige dosering worden nu al vloeibare meststoffen ingezet die je tijdens het groeiseizoen toedient met een veldspuit. Die nieuwe technieken maken het ook mogelijk om combinaties van gewassen te telen, hetzij tegelijkertijd, hetzij kort na elkaar. Zo blijkt een mengteelt van maïs en tarwe niet alleen te leiden tot hogere opbrengsten, maar ook tot een efficiëntere benutting van stikstof. Dekvruchten (cover crops) worden in de herfst ingezaaid en in het voorjaar ondergewerkt. Door slimme combinaties van bijvoorbeeld erwt, klaver en rogge kan een mengteelt van tussengewassen tegelijkertijd uitspoeling van stikstof voorkomen en bijdragen aan de stikstofvoorziening van het volggewas.
Symbiose
Op termijn dient zich een scala aan nieuwe methoden en technieken aan die uitzicht bieden op het verder beperken van stikstofverliezen. Daarbij gaat het vooral om technieken die zich richten op biologische stikstofbinding, als alternatief voor synthetische stikstofbinding op basis van aardgas. Biologische stikstofbinding gebeurt door bacteriën die al dan niet samenleven met planten. De meest bekende zijn de bacteriën van het geslacht Rhizobium, die een samenlevingscontract aangaan met vlinderbloemigen, zoals lupine, erwten en bonen. Het contract houdt in dat de bacterie stikstof bindt uit de lucht voor de plant en dat de plant de bacterie betaalt met exudaat, vloeibare voeding. Sinds de ontdekking van deze symbiose waarin ook een rol was weggelegd voor de Nederlander Beijerinck worden pogingen ondernomen om ook andere gewassen zoals tarwe en maïs tot zon samenlevingscontract te verleiden. Dat gebeurt onder meer door te kijken of je de plantengenen die de symbiose in stand houden bij vlinde
rbloemigen, in andere gewassen kunt inbouwen. Dat blijkt nog niet zo eenvoudig.
Probiotica
Meer perspectief op de kortere termijn althans bieden pogingen om andere bacteriesoorten in te zetten. Naast de vrij levende bacteriën die stikstof binden en de bacteriën die dat in symbiose met de plant doen, zijn er ook bacteriën die deel uitmaken van het microbioom van de plant; het bacteriële ecosysteem in en op de wortels en andere onderdelen van de plant. Suikerriet bijvoorbeeld profiteert van de activiteit van diverse stikstofbindende bacteriën zowel in de wortels als in bladeren en stengels. En niet weinig ook. In Brazilië bijvoorbeeld is de bemesting met stikstof vrij bescheiden, zon 60 kilo per hectare per seizoen, terwijl het gewas zelf 100 tot 200 kilo opslaat. Dat wil zeggen dat er tussen de 40 tot 140 kilo biologisch wordt vastgelegd.
Een ander voorbeeld is maïs. In de jaren tachtig is een inheemse variëteit een boerenras ontdekt in de Sierra Mixe in Mexico, die behoorlijk groeit, maar nauwelijks mest krijgt. Het gewas blijkt een groot deel van zijn stikstof te krijgen via stikstofbindende bacteriën die zich bevinden in een slijmlaag op de luchtwortels. Nader onderzoek leerde dat ook teosint, de wilde voorganger van onze maïsplanten, in staat is om een slijmlaag te vormen met daarin een bacteriële gemeenschap die stikstof uit de lucht kan binden.
Deze en andere voorbeelden brachten het Amerikaanse bedrijf Pivot Bio op het idee om probiotica, een soort Yakult, voor gewassen te ontwikkelen. Alleen bij hen heet het Proven. Daarbij maakt het bedrijf gebruik van bacteriën die in het microbioom van de plant voorkomen welke dat zijn is bedrijfsgeheim. Met behulp van gene editing activeren ze slapende genen, waardoor de bacterie in staat is om stikstof uit de lucht te binden.
Verliezen beperken
Zowel op de korte als op de wat langere termijn dienen zich dus verschillende technieken aan om de biologische stikstofbinding te verbeteren. Dat neemt niet weg dat het synthetisch vastleggen van stikstof voorlopig onmisbaar is om een groeiende wereldbevolking van voldoende voedsel, grondstoffen en bouwmaterialen te voorzien. Over de duim gerekend zouden circa 3 miljard mensen geen eten hebben zonder synthetisch vastgelegde stikstof.
Alleen al om die reden is het vrij zinloos om de discussie over de toekomst van de landbouw te framen als voor of tegen het gebruik van kunstmest. Voorlopig kunnen we niet zonder kunstmest of dierlijke mest dus kunnen we maar beter nadenken over manieren om de verliezen te beperken door de benutting van stikstof te verbeteren.
Een mening over dit artikel? Reageer op onze Twitter, Facebook, Instagram of LinkedIn. Een opinieartikel is ook van harte welkom. Mail dan even met de redactie (redactie@vork.org). Geïnteresseerd in de andere artikelen van VORK? Word abonnee, vraag een gratis proefnummer aan en schrijf je in voor de tweewekelijkse Vork-nieuwsbrief. Student? Wellicht is het speciale studentenabonnement dan iets voor jou.
Tekst: Joost van Kasteren Beeld: Ellen Meinen, Nathan Mueller, AgriSeed