Deel 3: Voedingsstoffen voor planten

In deel 1 en 2 van deze trilogie is uitgbreid ingegaan dat een goede belichting en voldoende CO2 de plantengroei sterk ten goede komt. Voldoende en de juiste voedingsstoffen zijn echter ook belangrijk om een goede plantengroei te bereiken. In dit deel gaan we hier verder op in en bekijken welke voedingsstoffen (naast het al behandelde CO2) er nog meer nodig zijn.

Afbeelding 1 laat ons wederom het testaquarium zien, dat voor de derde maal opnieuw is ingericht om de koppeling tussen theorie en parktijk duidelijk te maken. Dit maal is gekozen voor een eenvoudige grindbodem met relatief veel  planten die traag groeien. Een deel van de voorgrond bestaat uit Glossostigma elatinoides en behoeft veel licht. Interessant is om te zien dat relatief  trage groeiers zoals Microsorum pteropus , Sagittaria subulata of Cyperus helferi ondanks de sterke belichting niet bealgen en goed groeien. Hiermee wordt duidelijk dat als de balans tussen belichting – CO2- voedingsstoffen juist is, algen geen kans hebben.

Een groot voordeel van een aquarium met veel laagblijvende planten, is dat het toppen van planten niet hoeft en daarmee is het onderhoud een stuk eenvoudiger. Om toch te laten zien dat planten hard groeien in het testaquarium, is op de achtergrond een bos Rotala indica geplaatst die na 6 weken zich sterk ontwikkeld heeft en goed op kleur is.

Opname van voedingsstoffen via wortels en bladeren

Planten nemen voedingsstoffen op via de wortels of via de bladeren. Afhankelijk of de plant een echte waterplant is of een moerasplant, nemen ze meer of minder nutriënten op via de bladeren of de wortels. Verhoudingsgewijs zijn nutriënten in de bodem minder belangrijk voor een echte waterplant dan voor een moerasplant. Dat geldt ook voor de nutrienten in het water, waar vooral echte waterplanten van profiteren.

Werking van de wortel : de basis

Opname van voedingsstoffen gebeurd via de bladeren en wortels. Erg belangrijk is het om te weten hoe nu exact een wortel werkt zodat we vanuit deze gegevens een goede bodemgrond kunnen bepalen die gunstig is voor de wortelgroei en opname van nutrienten.

Afbeelding 4 laat zien dat zich in de rhizosfeer diverse processen afspelen. Zuurstof wordt vanuit de plantenwortel in het rhizosfeergebied gepompt. Dit zorgt voor een aeroob milieu zodat bacteriën van zuurstof worden voorzien om organische stoffen af te breken. De vrijkomende nutriënten worden vervolgens opgenomen.

De plantenwortel moet in staat zijn om nutriënten (allerlei spoorelementen zoals ijzer, kalium en wat er verder voorhanden is in de bodem) te kunnen onttrekken aan het water en van de aanwezige vaste stoffen. Aan deze vaste stoffen, zoals bijvoorbeeld bodemzand, zijn immers vaak redelijk wat voedingsstoffen geadsorbeerd die de plantenwortel graag wil hebben. Uit de wortel worden daartoe aminozuren (aangegeven als H+ in afbeelding 4) afgescheiden. Dit schept een zwakzuur milieu, waardoor de pH in de rhizosfeer zo ongeveer rond de 6,4 komt te liggen. Deze organische zuren zijn in staat om voedingselementen te onttrekken aan de omgeving en te complexeren zodat ze niet verder kunnen reageren. De aminozuren werken op deze wijze als natuurlijke complexvormer ofwel chelator. Elementen die gecomplexeerd worden, zijn stabiel en kunnen via de plantenwortel vrij eenvoudig opgenomen worden.

Natuurlijk kost het de aanmaak en het verpompen van aminozuren extra energie. Beter is als de pH in de omgeving van nature al enigszins zuur is. Vanuit dit oogpunt wordt ineens ook duidelijk dat turf in de bodemgrond een pluspunt is. Maar ook de standaard waterkwaliteit speelt een rol : is de pH van het water al rond de pH 6,8 , dan hoeft de plant weinig energie extra te verbruiken om de omgeving rond de wortel zuurder te krijgen.
Overigens produceren de bacteriën ook wat zure-afbraak produkten en dragen een (klein) steentje bij om het milieu wat zuurder te krijgen.

Ook is de wortel in staat om CO2 op te nemen. Met name moerasplanten maken daar duidelijk gebruik van. De wortels zitten vaak in CO2-rijke sedimentgebieden in de bodemgrond. Dus niet alleen de bladeren van een plant zijn daartoe is staat ! Echte waterplanten maken meer gebruik van hun bladeren dan van hun wortels om CO2 op te nemen. De wortels dienen bij echte waterplanten meer als hechting.
De opname van CO2 via de wortels moet niet overschat worden in aquariums. De CO2 dat de wortels bereikt via de afbraakprocessen door bacteriën en via diffusieprocessen op het water/bodem grensvlak, beslaat slechts een klein gedeelte van de totale CO2-behoefte van een plant. In de natuur komen wel rottende sedimentlagen voor die voor voldoende CO2 kunnen zorgen. Met name in moerasgebieden, waar plantenresten vergaan en er CO2-bellen vrijkomen. Maar het is juist om te concluderen dat we door CO2 toe te voegen in de bodem, planten kunnen bemesten met CO2 via de wortels.
CO2-bemesting via de bodem bij de wortels is in de praktijk echter niet te doen. Daarom kunnen we ons beter richten op het op peil houden van het CO2-gehalte in het water. Gemakkelijker, sneller en effectiever.

De bodemgrond in het aquarium : zand of grind?

Zolang de aquaristiek al bestaat, wordt er heftig gediscussieerd over de “ideale bodemgrond“.
Zand, grind en wel of geen voedingsbodem is de vraag.
Toch is deze vraag vrij eenvoudig te beantwoorden, nu we de werking van de wortel in hoofdlijnen in ons achterhoofd hebben.
Wortels hebben behoefte aan een aeroob milieu, enigszins zuur en zijn afhankelijk van voedingsstoffen die aanwezig zijn in de bodem of aangevoerd worden door diffusie vanuit het andere bodemgebieden of het water (zie afbeelding 5).

Professionele plantenkwekerijen tonen ook aan dat planten gekweekt in steenwol en met de wortels in het water, prima  kunnen groeien (afbeelding 6).

Zeker omdat we in een aquarium te maken hebben met een diversiteit aan planten, is het beter om te kiezen voor een fijne grindsoort die diverse voordelen biedt :

  • aanvoer voedingsstoffen via diffusie van het water of nevengebieden
  • afbraak van afvalstoffen mogelijk : extra voeding voor de wortels
  • geen verstikking van voedingsbodem

Zand heeft als grote nadeel dat er geen of slechts zeer weinig diffusie kan plaats vinden. Het materiaal is gewoon te dicht van structuur en heeft een vrijwel altijd een anaeroob milieu. Het gebruik van een voedingsbodem is af te raden omdat een anaeroob milieu aanzet kan geven tot verstikking en verrotting van de bodem. Ook kost een anearoob milieu de plantenwortel meer energie om de rhizosfeer aeroob te maken.

Natuurlijk kunnen planten ook groeien op een zandbodem, maar de voeding zal dan hoofdzakelijk betrokken worden via de bladeren. Onze voorkeur gaat dan ook uit naar het gebruik van grind als medium omdat het voor de planten diverse voordelen biedt.

Het gebruik van een lichte voedingsbodem is aan te raden omdat sommige plantensoorten daar duidelijk baat bij hebben. Cryptocoryne sp. en Echinodorus sp, zijn duidelijk planten met een groot wortelstelsel die wat voeding kunnen waarderen. Natuurlijk kunnen we ook afzien van een lichte voedingsbodem en de planten hier en daar wat extra bijbemesten met kleikorrels of wat turf.

Moderne aquariums hechten dus minder belang aan een goede bodem, maar meer belang in voeding via de bladeren, CO2 en licht. Ook ons testaquarium bevat geen voedingsbodem en wordt uitsluitend bemest via vloeibare plantenvoeding. De foto‘s bewijzen dat de plantegroei gewoon goed en gezond is.

Benodigde elementen – opname via de bladeren

Bladeren zijn ook een zeer krachtig instrument om nutriënten direkt uit het water te halen en te verdelen in een plant.
Voor een goede groei hebben de planten behoefte aan diverse bouwstoffen :

- C, H, en O : de structuurelementen
- N, P en K : de hoofdelementen
- Ca, Mg en S : de secundaire elementen
- Fe, Mn, B, Mo, etc. : de spoorelementen

Afbeelding 7 laat een globale opbouw van een gedroogd plantenblad zien, uitgedrukt in elementen. Duidelijk is te zien dat er een groot aantal elementen in zeer kleine concentraties aanwezig zijn. Dat zijn de spoorelementen met een aanwezigheidspercentage van  < 0,1 %.

De structuur- en hoofdelementen geven de plant stevigheid en worden gebruikt voor de zichtbare opbouw : celwanden, vatenstelsels, celstructuren, etcetera. De secundaire elementen worden ergens tijdens het opbouwproces ingebed. De spoorelementen zijn nodig om co-enzymatische reakties binnenin de plant vlot en goed te laten verlopen. Met name de exacte werking van sommige spoorelementen is nog steeds niet goed begrepen door de huidige wetenschap, maar wel staat vast dat er een behoefte is aan deze elementen die essentieel zijn voor een goed verloop van de plantengroei.

Onderzoek naar welke elementen er aanwezig zijn in een plant, levert soms elementen op die sporadisch worden aangetroffen. Langzaam maar zeker worden nu elementen zoals bijvoorbeeld vanadium toch als belangrijk aangewezen, terwijl vroegere onderzoeken daar geen duidelijkheid in gaven.

Globaal mag je wel stellen dat elk element belangrijk is. In ieder geval geldt Liebig's wet van minimum aanbod : plantengroei wordt gelimiteerd door de voedingsstof die het minst voorhanden is. Het ontbreken van een element kan dus leiden tot hapering in de keten. Het zij gezegd dat deze wet alleen spreekt over voedingsstoffen, en niet over andere groeifactoren zoals bijvoorbeeld licht.

Opname en buffering

Plantenbladeren zijn voortdurend "op zoek" naar voedingsstoffen. Dit is een actief proces en kan selectief plaatsvinden. Wanneer een plant bijvoorbeeld een molybdeengebrek heeft, gaat het voorrang verlenen om molybdeen op te nemen ondanks de mogelijke aanwezigheid van vrij hoge concentraties ijzer, kalium of calcium. De plant kan tot op zekere hoogte de complete verdringing van molybdeen door de andere veel voorkomende elementen tegenwerken. Planten zijn dus actief op zoek naar nutriënten. Het liefst verkrijgen ze die in een vorm dat gemakkelijk opneembaar is en dus weinig energie kost, zoals via chelatoren. Wanneer nodig zullen planten echter ook voedingsstoffen isoleren en opnemen die aanwezig zijn in bijvoorbeeld zouten, oxiden en die aan vaste oppervlakten zijn geadsorbeerd. Dit kost weliswaar veel energie, maar ze kunnen ver gaan om een beoogde voedingsstof te bemachtigen.

Metingen wijzen uit dat een echte aquariumwaterplant in staat is om binnen enkele minuten voldoende elementen afkomstig van een plantenvoeding op te nemen, genoeg voor circa een week goede groei. Natuurlijk verschilt de opname-tijd en buffercapaciteit per plantsoort, maar algemeen kan gesteld worden dat binnen enkele uren de toegevoegde vloeibare plantenvoeding zijn doel wel heeft bereikt. Alles wat dan niet is opgenomen, dient als voedsel voor de bacteriën in het aquarium of het filter, en de algen.

Als we weten dat een plant buffert tot een bepaald niveau, dan is het te begrijpen dat een overmaat niet zinnig is. De plant kan gewoon niet meer opnemen en de rest blijft over voor de bacteriën en algen.

Moderne bemesting : vloeibare plantenvoeding

De toepassing van krachtige belichtingstechnieken zoals HQI , T5-lampen en CO2-bemesting, maakte duidelijk dat alleen een voedingsbodem niet meer voldoende was om de planten te voorzien van de benodigde elementen. Ondanks een zware voedinsgbodem onstaan er toch gebreksverschijnselen.
Dit komt omdat de assimilatie op een zeer hoog nivo verloopt, dat primaire aanvoer via de wortels letterlijk niet op tijd aankomt. Het volbrengen van een complete bouwcyclus, bijvoorbeeld voor het opbouden van nieuwe celstructuren, vereist incorperatie en aanwezigheid van alle benodigde elementen. Mist er 1 element, dan hapert de cyclus en stagneert de opbouw en daarmee gepaard de groei. Weliswaar zal de plant even  wachten, maar als het te lang duurt wordt de cyclus zo goed als kwaad afgemaakt. Soms uit zich dat in zichtbare gebreksverschijnselen of vertraagde groei.
Een niet goed afgemaakte cyclus en groeivertraging is koren op de molen voor algen doordat niet alleen voedingsstoffen overblijven maar zeker ook omdat planten voedingsstoffen naar buiten toe gaan lekken doordat de cyclus niet goed afgemaakt kan worden. Vertraging is dus niet wenselijk.

In de moderne professionele (aquarium)plantenkwekerijen wordt erop gelet dat voldoende ijzer, mangaan, kalium, magnesium etc. aanwezig is om de planten goed door te laten groeien. Dat is natuurlijk van wezenlijk commercieel belang : langere opkweektijd betekent meer kosten, dus zo efficiënt mogelijk werken is het devies. Apparatuur en een maandelijkse complete wateranalyse worden gebruikt om nutriënten en spoorelementen bij te sturen om eventuele groeiproblemen voor te blijven.

Het probleem wordt dan ook meteen duidelijk als we over bemesting in het aquarium praten. Een volledige wateranalyse per maand is te kostbaar.  Afgezien van ijzer, hebben we geen idee hoeveel spoorelementen zich in het water bevinden. Een goede voedingsbodem geeft ook geen echte garantie omdat er best een aantal spoorelementen niet aanwezig of verbruikt zijn rond de rhizosfeer.

Het gebruik van een goede totaalbemester is dan ook zeker aan te raden. Puur alleen ijzer toevoegen heeft dan ook geen zin, aangezien er vaak ook behoefte is aan andere spoorelementen. Zeker in sterk beplante en belichte aquariums is de behoefte vaak groter dan men zou verwachten.
Aangezien planten uitstekend kunnen bufferen en er van verdringing onder normale omstandigheden geen sprake is, staat niets ons in de weg om voor de zekerheid alle spoorelementen ineens toe te voegen. Professionel plantenkwekerijen houden immers het gehalte aan nutriënten op het gewenste nivo : van verdringing is geen sprake.
Overigens veroorzaken spoorelementen geen algen. Een tekort aan spoorelementen is veel meer de oorzaak dat algen een kans krijgen. Stoppen met vloeibare bemesting vanwege een algprobleem is vergroot het probleem alleen maar. Planten hebben behoefte aan meer dan 15 elementen om de hele cyclus te voltooien, terwijl algen eens tuk minder veeleisend zijn en toekunnen met minder spoorelementen. Om goed te kunnen groeien en maximaal te kunnen concurreren met algen, moeten de planten de beschikking hebben over alle spoorelementen.

Het wekelijks toevoegen van spoorelementen is verder geen probleem. Afbeelding 8 laat zien dat planten makkelijk voor 7 dagen spoorelementen kunnen bufferen en dat daarna pas een tekort ontstaat.

Iedere dag een kleine dosering toevoegen is wellicht nog beter, maar vereist een goede discipline en maakt het onnodig ingewikkeld. Het voordeel dat behaald zal worden door deze dagdosering is slechts klein.

Een hoogwaardige plantenvoeding (zoals ProFito) zal dus alle elementen moeten bevatten om er zeker van te zijn dat de hele cyclus afgemaakt kan worden.

Nitraat (NO3) en fosfaat(PO4) bemesting

Vloeibare plantenbemesters bevatten geen stikstof- of fosfor-verbindingen. Dit omdat vissen deze voedingsbron uitscheiden via ammonium en fosfaatverbindingen. Vissen zijn in dit geval onze natuurlijke bemesters aangaande deze verbindingen. Het aantal vissen, veel of weinig voer, veel of weinig planten, sterke of zwakke plantengroei, veel of weinig waterversen etc,. bepalen hoe hoog deze waarden in het aquarium zijn. In ons testaquarium met sterke plantgroei bevinden zich erg weinig vissen (maximaal 15) ten opzichte van het watervolume (550 liter netto). Het gemeten fosfaatgehalte en nitraatgehalte is 0. Er is dus sprake van een gebrek aan vooral stikstofverbindingen. Deze worden dan ook kunstmatig toegevoegd via KNO3. Het gehalte wordt per week opgehoogd naar ongeveer 10 mg/L. Fosfaat wordt sporadisch toegevoegd : 1x per maand en opgehoogd naar een meetbaar 0,5 mg/L.
Het zou juist zijn om te zeggen dat er wel wat meer vissen in mogen om via deze ‘natuurlijke weg‘ wat extra stikstof en fosfaat in het water te krijgen. Een tekort aan natuurlijk stikstof wordt dus opgevangen door het toevoegen van extra KNO3 om toch wat stikstof aan te reiken aan de planten.

Het lage gehalte aan fosfaat (<0,5 mg/L) benadeeld de algengroei in belangrijke mate.Planten bufferen fosfaat, maar algen kunnen slecht bufferen en moeten iedere dag weer hun portie fosfaat opscharrelen en kunnen in veel gevallen niet meer tegen de concurentie van planten op.
Stikstof is echter wel redelijk belangrijk en bij sterke plantengroei is het beter om deze niet naar 0 te laten gaan. Bijbemesten met wat KNO3 is dan aanbevelingswaardig.

Groeiproblemen : een tekort aan?

Een tekort aan een bepaald element leidt onherroepelijk tot groeiproblemen. Haperende assimilatie, misvorming en alggroei zijn daar het gevolg van.
Zoals we al hebben kunnen lezen is elk voedingselement belangrijk en heeft daar zijn eigen functie in de keten. Ondanks alle moderne technieken is men nog steeds niet in staat om alle processen in een plant te verklaren. Zelfs van bepaalde spoorelementen zoals vanadium, weet men de exactie functie nog niet, maar wel dat het een rol speelt.

Verkleuring en misvorming zijn meestal duidelijke signalen dat er iets mis en dat er 1 of meerdere nutrienten of spoorelementen niet of in onvoldoende mate aanwezig zijn. Natuurlijk zijn we bij het signaleren van een groeiprobleem al te laat en meestal is de schade onherstelbaar.

Het mooiste zou zijn dat er hier een tabel gepresenteerd zou worden van alle groeistoornissen. Toch heeft dat weinig zin omdat veel problemen niet alleen op elkaar lijken, maar vaak zijn er meerdere dingen tegelijk  aan de hand zoals in afbeelding 9 getoond wordt. Het alleen  toevoegen van ijzer heft wel de geelkleuring op, maar heft niet het gebrek aan kalium en boor op. Het is dus vaak letterlijk koffiedik kijken om te bepalen welke nutriënten of spoorelementen ontbreken. Beter is dan om meteen een totaalbemester te gebruiken om er ook zeker van te zijn dat alle spoorelementen worden toegevoegd en dat een nog niet opgemerkt gebrek blijft bestaan.

De enigste factor die ons wel kan dwarsbomen is een te hoog gehalte aan calcium. De GH (hardheid)moet dan wel boven de 10 graden Duitse hardheid liggen.  Er zijn uitzonderingen op deze regel zoals Vallisneria sp., maar bij de meeste planten werkt calcium duidelijk de opname van spoorelementen tegen. Erg hard water is dus nadelig voor de plantengroei en geeft slechte groei, ondanks dat er voldoende voedingsstoffen en spoorelementen in het water aanwezig zijn. Vermijd daarom hard water als u streeft naar een optimale plantengroei van alle soorten planten!

FAZIT : De TRILOGIE in balans

Met dit derde deel zijn de 3 hoofdelementen behandeld : Licht, CO2 en nutriënten.

Deze zogenaamde gouden driehoek moet kloppen om de planten optimaal te laten groeien. Ons testaqaurium is daar een duidelijk voorbeeld van. Alles is in voldoende mate aanwezig en ondanks de steeds weer nieuwe opbouw van het aquarium, zijn we in staat om in zeer korte tijd de planten optimaal te laten groeien. Beginnende algengroei zoals draadalg, delft na circa  3 weken het onderspit en in de 4e week is het testaquarium ongeveer algenvrij.

De gouden driehoek geeft ook aan dat er een duidelijk onderling verband bestaat. De drie factoren beinvloeden elkaar. Klopt er 1 niet, dan zullen de planten onmiddellijk reageren en wordt de assimilatie vertraagd en verstoord. De gehanteerde richtlijnen dienen om de werkgrenzen te bepalen waarna gestreefd wordt. Binnen deze grenzen zijn we in staat om zonder meer vrij te zijn in de keuze van onze planten. Dat was in deel I van deze trilogie een belangrijke eis. Ook als moeilijk bekend staande planten zoals Glossostigma elatinoides of Eustralis stellata , groeide in ons testaquarium als kool en zonder problemen.

Wanneer u binnen de grenzen van de richtlijnen blijft en deze volgt, moet u zonder meer in staat zijn om uw eigen ultieme plantenaquarium op te bouwen, zonder beperkingen. Ik wens u daarbij alvast veel plezier en hopelijk heeft deze trilogie u in ieder geval meer inzicht verschaft in het functioneren van een plant en de eisen die daarbij komen kijken.