Eindverslag Thema III deel 2 - Opdracht 5
Wat is de invloed van micro-organismen in hydroponicsteelt in nutriëntrijk water op de opbrengst van
Lactuca sativa ? 3 februari 2017 Astrid Ekelmans (10879560) Bas den Hoogen (10544232)
Eline Kolb (10737235) Nathan Roosloot (10780947)
Domein duurzaamheid: dr. Kenneth Rijsdijk & Misha Velthuis, MSc Aantal woorden: 6549
Abstract
Door klimaatverandering en bevolkingsgroei zou hydroponics in de toekomst een belangrijke manier van telen kunnen worden. Micro-organismen spelen een belangrijke rol in hydroponics. Zo kunnen ze zorgen voor ziektes en verslijming, maar ook voor een gunstig effect op de groei van gewassen. In dit onderzoek zijn onder verschillende condities Lactuca sativa kroppen met hydroponics geteeld. Dit onderzoek wijst uit dat het micro-organisme P. putida geen significant effect heeft op de groei en energieopbrengst van Lactuca sativa, terwijl literatuur uitwijst dat dit micro-organisme wel een gunstig effect heeft. Er zijn verschillen tussen de condities gemeten gedurende het onderzoek, maar deze bleken niet significant. De bevindingen, die tegenstrijdig zijn aan literatuur, kunnen verschillende redenen hebben. De zuurstofaanvoer die bij de blanco- en micro-organisme conditie is verslijmd, is bij de steriele conditie schoon gebleven wat voor een betere zuurstoftoevoer in deze conditie heeft gezorgd. Het verschil in versgewicht en
drooggewicht van de sla lijkt inconsistent te zijn voor de blanco- en de micro-organisme conditie, ook is dit verschil voor de steriele opstelling is hoog in vergelijking met de blanco- en de
micro-organisme conditie. Desondanks is hydroponics een duurzame vorm van teelt en zijn de condities tijdens de teelt goed te regulieren. Verder onderzoek naar hydroponics en de invloed van micro-organismen is wenselijk, maar desondanks lijkt hydroponics nog steeds een duurzame vorm van telen die in de toekomst meer toegepast zal worden.
Inhoudsopgave
Abstract 1 Inleiding 4 Theoretisch kader 5 Hydroponics 5 Micro-organismen 6 Meststoffen 8 Common Ground 8 Methoden 10 Experimentele opzet 10 Micro-organismen 10 Statistische analyse 11 De teelt 11 Energiekosten 12 Energieopbrengsten 13 Resultaten 13 Energiekosten 15 Energieopbrengsten 16 Discussie 17 Conclusie 19 Literatuur 20 Appendix 22A: Berekening concentraties micro-organismen en verdunningsreeks 22
B: mogelijk beneficiaire micro-organismen 23
C: kasgegevens 25
Inleiding
De wereldpopulatie is de afgelopen zestig jaar toegenomen van 2,5 miljard naar 6,9 miljard
mensen (FAO, 2012 ). Hoewel de per capita beschikbare hoeveelheid voedsel is toegenomen (FAO, 1
2012), is er steeds minder landbouwgrond geschikt voor productie van gewassen. Dit komt mede door uitputting van de bodem (Sheikh, 2006). Ook temperatuurstijging en neerslagveranderingen zullen in de toekomst de landbouw negatief beïnvloeden (Nachtergaele et al, 2011). Om het groeiend aantal mensen in de toekomst toch van voedsel te kunnen voorzien, is het aan te raden om te kijken naar manieren van voedselteelt waarbij geen vruchtbare bodem vereist is. Eén van deze alternatieve manieren is hydroponics, waar in plaats van op de grond in het water wordt geteeld. Een ander voordeel van deze manier van telen is dat het een gecontroleerd systeem is, wat inhoudt dat veel factoren die invloed hebben op de teelt goed te reguleren zijn (Vallance et al., 2010). Onder deze factoren vallen onder andere de temperatuur en pH van het water. Struikelblok bij dit systeem is dat bacteriële- en schimmelinfecties snel om zich heen kunnen grijpen. Dit kan stress opleveren bij het gewas, hetgeen de groei kan beïnvloeden en zelfs kan zorgen voor gewassterfte (Botman, 2014). De samenstelling van nutriënten, bacteriën en schimmels in het water is daarom een cruciale factor in hydroponics.
Naar de nutriëntensamenstelling voor hydroponics is al veel onderzoek gedaan. Een relatief nieuw onderzoeksgebied is de rol van micro-organismen in hydroponics. In de praktijk zorgt de
onbekende rol van micro-organismen voor problemen in de teelt. 2
Dit onderzoek richt zich op de vraag: “Wat is de invloed van micro-organismen in hydroponicsteelt in nutriëntrijk water op de energieopbrengst van Lactuca sativa
?” Om deze vraag te kunnen
beantwoorden zal met behulp van literatuur en experts een empirisch onderzoek worden uitgevoerd. In dit interdisciplinaire onderzoek worden inzichten vanuit de aardwetenschappen, biologie, natuurkunde en scheikunde gecombineerd. Deze disciplines zijn van belang om de hoofdvraag zo volledig mogelijk te kunnen beantwoorden.
In het empirisch deel van dit onderzoek, wordt de Lactuca sativa
(kropsla) verbouwd in drie
verschillende hydroteelt condities. Deze condities verschillen in aanwezigheid van
micro-organismen, en toevoegen van micro-organismen. Op basis van literatuuronderzoek zullen micro-organismen met een gunstig effect op groei van L. sativa
worden toegevoegd. De hypothese
is dat de toevoeging van micro-organismen in deze opstelling zal resulteren in een hogere energieopbrengst vergeleken met de andere opstellingen.
In de literatuur zijn dure, geavanceerde meetmethoden gebruikt, waar deze onderzoeksgroep niet over beschikt. In dit onderzoek wordt gekeken of ook met eenvoudige en kostenbesparende methoden tot deze resultaten gekomen kan worden. Een belangrijk kritiekpunt tegen hydroponics teelt is dat de technologie en startkosten te hoog zijn, waardoor het alleen gebruikt kan worden in
1 FAO (2012) Population growth and the food crisis
2 Hydroponicsarchitect Jan Botman bij Stichting Proeftuinen Zwaagdijk gelegen te Zwaagdijk-Oost (Tolweg 13,
1681 ND). Om meer informatie over hydroponics in de praktijk te krijgen is er een bezoek aan deze proeftuin gebracht. Hier bleek in verschillende opstellingen verslijming van wortels op te treden door steriel maken van de opstelling, waar dit niet gebeurde bij de niet-steriele opstellingen. Er was op dat moment niet bekend waardoor deze verslijming precies kwam, maar vermoed werd dat dit te maken had met de samenstelling van
ontwikkelde landen, waar er nu al geen voedseltekorten zijn (Mhadhbi, 2012).
Vanwege het feit dat er empirisch onderzoek is verricht, is gekozen voor de structuur van een onderzoeksverslag. De verschillende onderdelen zijn verdeeld in paragrafen over de
micro-organismen, energiewaarden, nutriënten en plantgegevens om de interdisciplinaire ingang van het onderzoek zo duidelijk mogelijk naar voren te laten komen.
Theoretisch kader
Hydroponics
Hydroponics is de teelt op water met opgeloste nutriënten of een ander vloeibaar substraat. Hoewel de term hydroponics (hydro = water, ponos = werken) in de jaren ’30 van de 20e eeuw is bedacht door Dr. Gericke van de university of Southern California, zijn er aanwijzingen dat het telen op water gebruikt is door onder anderen de Azteken, Chinezen en Babyloniërs (Hershey, 1994).
Sinds de jaren ‘30 is er veel onderzoek gedaan naar manieren om aardeloos te kunnen telen (Hershey, 1994). De voordelen van hydroponics zijn groot omdat de omstandigheden in bijna elke ruimte volledig beheerst kunnen worden. Een zo optimaal mogelijke beheersing van de omstandigheden zorgt voor een stressvrije en gezonde plant, die veel kan opbrengen. Ook is hydroponics een volledig gesloten systeem, er vindt namelijk geen uitspoeling plaats. Dit is bij de traditionele vollegrondsteelt een groot probleem. Niet alleen zijn voedingsstoffen niet meer beschikbaar voor de plant, ook komen te veel voedingsstoffen en vaak ook
bestrijdingsmiddelen terecht in het oppervlaktewater.
Hydroponics is nu vaak nog zo kleinschalig is, vanwege goede opbrengsten van aardeteelt en de hoge
startkosten voor een hydroponicscultuur. Ook zijn er vaak problemen met schimmels en bacteriën, die zich
in het water goed kunnen vermenigvuldigen en verspreiden over alle gewassen (Stijger et al. 2014). Er is nog vrij weinig onderzoek gedaan naar ziekten, ziektebeheersing en de rol van micro-organismen daarin.
Micro-organismen
Er zijn vele micro-organismen die gunstige en ongunstige effecten hebben op plantengroei in hydroponics systemen. Bepaalde abiotische factoren zoals lichtintensiteit en temperatuur zorgen 3
voor remming van of een gunstig effect op de populatiegroei van deze organismen. Zo functioneert een hoge concentratie nutriënten in het waterbassin bijvoorbeeld als ideale voedingsbodem voor pathogene micro-organismen (Xu & Warriner, 2005). Het is dus van groot belang dat de concentratie nutriënten zorgvuldig wordt afgewogen. Ook pH, elektrische geleiding van het water, licht en zuurstofgehalte zijn een belangrijke factor voor de groei van
micro-organismen (Furtner et al., 2007).
In deze paragraaf zal worden uitgelegd welke micro-organismen een rol spelen in hydroponics. Hierbij wordt ingegaan op pathogene micro-organismen en micro-organismen met een gunstig effect op de gewassen. Vervolgens zal worden afgewogen en besproken welke micro-organismen worden meegenomen in dit praktische onderzoek.
Deze afweging wordt gemaakt op basis van beschikbaarheid van de micro-organismen op de onderzoeksinstelling en het wel of geen gunstig effect hebben op de groei van sla in hydroponics 4
teelt. In dit onderzoek zal de focus liggen op micro-organismen die volgens de literatuur een gunstig effect hebben op de groei van sla, omdat er zal worden gezocht naar de optimale omstandigheden voor groei.
Lee & Lee (2015) hebben in hun review artikel ‘Beneficial bacteria and fungi in hydroponic systems:
Types and characteristics of hydroponic food production methods
’ een tabel (figuur 8, appendix B),
gebaseerd op verschillende onderzoeken, samengesteld waarin de micro-organismen die een gunstig effect hebben op de groei van verschillende gewassen op een rij zijn gezet. Deze tabel geeft de genus (geslacht) en species (soorten) in deze groep weer, dit zijn rangorden waarbij genus boven species staat. Binnen het genus Pseudomonas
vallen 11 species, en onder Bacillus vallen vier
soorten micro-organismen die getest zijn op verschillende waardplanten en een gunstige werking 5
hadden op de groei van de plant in het hydroponics systeem. Bij deze twee genus is sla een van de waardplanten, waardoor deze genus in dit onderzoek zullen worden gebruikt. Nadelig aan deze tabel is dat het niet duidelijk is of elk micro-organisme gunstig is voor elke waardplant beschreven in de tabel, en niet alle literatuur die in deze tabel ter referentie gebruikt is beschikbaar is. Er komt ook in de rest van het reviewartikel niet duidelijk naar voren of al deze species gunstig zijn voor alle waardplanten. In de volgende paragraaf wordt met de wel beschikbare literatuur uit de tabel bepaald welke organismen geschikt zijn.
In de tabel (figuur 8, appendix B) staan elf verschillende soorten micro-organismen van het Pseudomonas geslacht die onderzocht zijn op een voordelig effect op de groei van verschillende gewassen, waaronder sla (Lee & Lee, 2015). In deze tabel wordt vooral antagonistische dynamiek 6
belicht als gunstige werking op de groei van planten. Chatteron et al.
(2004) heeft onderzoek
gedaan naar Pseudomonas chlororaphis en ontdekt dat deze bacterie in het water optreedt als 3 Invloeden vanuit het klimaat, water en de bodem (Corporaal et al., 2011)
4 De Universiteit van Amsterdam
5Gastheerplanten
‘biocontrol agent’ waarbij het de groei van de pathogene micro-organismen 7 Phytium
(aphanidermatum
en dissotocum) remt. Echter, het onderzoek is gedaan met pepers, de
uitwerking op sla is niet bekend. Naast het remmen van negatieve micro-organismen kunnen ze ook op gezonde planten een positief effect hebben op de groei (Gravel et al.
, 2006). Gravel et al.
(2006) beschrijven de stimulerende werking van Pseudomonas fulva
en Pseudonomas marginalis
op de groei van gezonde tomatenplanten. Ook Van Peer & Schippers (1989) hebben Pseudomonas
ssp.
8 concentraties toegevoegd aan hun nutriëntenwater in hydroponics systemen en ontdekt dat
de massa van wortels en stekjes van verschillende gewassen, waaronder tomaten en sla, hoger is met deze concentraties dan zonder. Renault et al.
(2007) heeft vier van deze elf Pseudomonas
species, waarvan fulva
, plecoglossicida en putida genoemd worden in het onderzoek,
geïdentificeerd en gemonitord met DNA extractie en sequentie, en met behulp van een RiboPrinter om de soorten te karakteriseren. Deze onderzoeksmethoden zijn erg duur. Om deze reden en vanwege gelimiteerde onderzoekstijd zal de groei van micro-organismen niet kunnen worden gemonitord. Het verloop van de groei van micro-organismen is dus onbekend, waardoor het aandeel van de aanwezigheid van micro-organismen op de totale invloed op de groei van de slakroppen onbekend is.
Er is naast het reviewartikel (Lee & Lee, 2015) weinig literatuur beschikbaar over het effect van micro-organismen op de groei van (sla)planten. Ook de meetmethoden die gebruikt zijn, blijken duur en lastig uitvoerbaar in de korte, beschikbare onderzoekstijd. Onder de paragraaf methoden zal uitgelegd worden welke meetmethoden er gebruikt zijn op basis van gesprekken met dhr. Dr. J. M. Schuurmans (IBED, UvA). Beschikbare micro-organismen die een gunstig effect hebben op slakropjes uit tabel 2 (Lee & Lee, 2015) zijn Bacillus subtilis
en Pseudonomas putida. Uit literatuur
(Bochow 1992;Böhme, 1997; Lee & Lee, 2015) is gebleken dat B. subtilis
een stimulerende werking
heeft op de groei van gewassen in hydroponics. De B. subtilis
9 is beschikbaar op het Science Park in
overnachtcultuur. Met behulp van een verdunningsreeks zal de concentratie bepaald worden en 10
hierbij wordt ook uitgezocht of deze bacterie ook daadwerkelijk toegevoegd zal worden. Gravel et
al.
(2007) beschrijft het positieve effect van het toevoegen van P. putida op de opbrengst van
tomaten in hydroponics. Dit micro-organisme maakt de stof IAA (indool-3-azijnzuur), wat een stimulerende werking heeft op de groei van planten. Uit onderzoek (Gravel et al. 2007) blijkt dat de opbrengst van de waardplant met het toevoegen van P. putida
hoger is.
Dit onderzoek is dus deels een replicatie om te bepalen of het toevoegen van micro-organismen effect heeft op de opbrengst en groei van gewassen. Echter is in dit onderzoek gebruik gemaakt van eenvoudige opstellingen en meetmethoden om te onderzoeken of in toekomstige teelt ook in een kas op een goedkope en relatief eenvoudige manier sla geteeld kan worden. In de gebruikte literatuur zijn geavanceerdere opstellingen en meetmethoden gebruikt. In dit onderzoek zal dus juist naar een manier van telen op water worden gekeken die makkelijk en goedkoop te
reproduceren is. Ook wordt daarbij de rol van micro-organismen in de groei en energieopbrengst en -kosten van de slakrop bepaald en bekeken of dit een effect heeft op het gewas. Voor
7Organismen die gebruikt worden voor hun positieve of negatieve effect op de fysiologie en/of gezondheid van een andere
soort (Encyclopedia of medical concepts; http://www.reference.md)
8 Subspecies
9Tomaten, komkommers, sla, peper, wortel, radijs, zie tabel appendix B (Lee&Lee, 2015)
10 Een verdunningsreeks is een reeks van oplossingen van dezelfde micro-organismen, maar in kleiner wordende
concentraties (afname met een factor 10 verdunning). Met behulp van deze reeks kan de juiste concentratie van een oplossing bepaald worden in cfu/ml.
toepassingen van hydroponics in de commerciële landbouw is deze energiebalans van de
Meststoffen
Gewassen hebben om te groeien als belangrijkste bouwstenen stikstof en fosfaat nodig (Mukherjee
et al. 2015). Deze worden bij traditionele varianten van landbouw voornamelijk toegevoegd door
middel van (kunst)mest (Dechorgnat er al. 2011). Maar doordat de planten bij hydroponics op water groeien in plaats van volle grond, kunnen deze bouwstenen niet op dezelfde manier toegevoegd worden.
Stikstof vormt in de plant de belangrijkste bouwsteen voor de vorming van aminozuren. Stikstof kan door planten in twee vormen worden opgenomen, namelijk als nitraat (NO3-) en ammonium
(NH4+)(Dechorgnat er al. 2011). Nitraat wordt langzaam opgenomen door de plant en levert de
stikstof voor de aminozuren. Ammonium wordt echter snel opgenomen door de plant. Dit vormt een probleem omdat ammonium giftig is voor planten. Bij aardeteelt is dit echter geen groot probleem, veel bacteriën die van nature in de bodem voorkomen zetten ammonium om in nitraat, waardoor het voor de plant bruikbaar wordt. Een ander probleem bij hydroponics is het feit dat het ammonium bij teelt op water nog sneller door de plant kan worden opgenomen. Om bovenstaande redenen is (kunst)mest, waar beide vormen van stikstof in voorkomen, niet bruikbaar voor hydroponics. Bij hydroponics wordt gebruik gemaakt van speciale
nutriëntenoplossingen waar niet of nauwelijks ammonium in voorkomt.
Fosfaat is in planten belangrijk voor het dragen van vrucht en het bloeien van de plant zelf
(Mukherjee et al. 2015). Fosfaat is goed in water oplosbaar, wat het voor de plant goed toegankelijk
maakt bij hydroponics. Een nadeel van fosfaat in water is dat het algengroei stimuleert, fosfaat is namelijk niet alleen zeer voedzaam voor de planten, maar ook voor algen. Wanneer er algen in de hydroponics bakken komen, zullen deze het fosfaat snel consumeren en niets meer overlaten voor de planten. Algen bloeien vooral goed in water met weinig stroming, de waterpompjes van de opstellingen zorgen dus niet alleen voor een goede zuurstof doorstroom, maar zorgen ook voor stroming, wat algenbloei tegen gaat.
Bepaalde mineralen in de voedingssupplementen zijn niet alleen goed voor de planten, maar ook voor mensen. Dit zijn calcium en kalium. Het is daarom belangrijk dat deze nutriënten goed voorkomen in een voedselgewas.
Common ground
In dit onderzoek zijn inzichten vanuit de disciplines aardwetenschappen, biologie, natuurkunde en scheikunde met elkaar verweven. Alle vier de disciplines leveren een essentiële bijdrage bij aan het volledig beantwoorden van de hoofdvraag. De discipline aardwetenschappen is in dit onderzoek 11
verantwoordelijk voor de interacties tussen de micro-organismen, nutriënten en de plantengroei. In de aardwetenschappen spelen verschillende kringlopen als de fosfor- en stikstofcyclus een grote rol. De stikstofcyclus beschrijft de vorming van voedingsstoffen door bodembacteriën en
schimmels, die planten vervolgens kunnen opnemen. De bodembacteriën zorgen voor een raakvlak aan biologie, doordat deze discipline zich bezig houdt met levende organismen. In dit onderzoek is vanuit zowel biologie als aardwetenschappen gezocht naar micro-organismen die een gunstig effect hebben op plantengroei. Vooral in het empirisch gedeelte waarin de bacteriën werden toegevoegd, was samenwerking van groot belang doordat in de biologie labwerk met
11 Wetenschappen die de planeet Aarde bestuderen, waarin de focus van de Universiteit van Amsterdam ligt op
micro-organismen wordt gedaan. De voedingsstoffen die zijn toegevoegd zijn door zowel
scheikunde als aardwetenschappen uitgezocht. De verschillende nutriëntenkringlopen zorgen voor raakvlak tussen scheikunde, die zich toespitst op nutriënten, en aardwetenschappen.
De biologie heeft zich bezig gehouden met de teelt en de groei van de sla, wat een groot deel 12
vormt van het empirische deel van het onderzoek. Nieuwe gewassen, en nieuwe manieren om gewassen te telen worden blijven in ontwikkeling. Het duurzaamheidsaspect is daarom ook erg biologisch, in dit onderzoek wordt een nieuwe manier van telen centraal gesteld gesteld en gekeken hoe deze zo optimaal mogelijk voedsel kan opleveren. De biologische wetenschappen hebben een grote overlap met aardwetenschappen, waartoe ook onderzoek in de kas behoort. Zoals al eerder genoemd, zijn de micro-organismen zowel vanuit een aardwetenschappelijke als biologische kant bekeken. Vooral voor het praktische labwerk, is kennis vanuit de biologie erg nuttig gebleken. In de aardwetenschappen wordt minder aandacht besteed aan
concentratiebepalingen van micro-organismen dan in biologie.
De discipline natuurkunde is verantwoordelijk voor het bepalen van de energiebalans van de planten. Zonder de energiekosten en -opbrengsten van de blanco, micro-organismen en steriele opstellingen met elkaar te vergelijken, is het niet goed mogelijk om te kunnen concluderen wat de invloed van de micro-organismen op de sla is. Voor commerciële toepassingen van hydroponics is uiteindelijk de energiebalans van de gewassen het belangrijkst, omdat deze een maatstaf zijn voor de kosten en de opbrengsten van deze gewassen.
Scheikunde is verantwoordelijk voor wat het water in gaat, dit komt terug in de
nutriënten/meststoffen (waaronder fosfor en stikstof, die ook weer in de aardwetenschappen behandeld zijn) en wat voor invloed deze op de planten hebben. Verder kijkt de scheikunde ook naar welke van deze nutriënten daadwerkelijk in de sla terecht komen, en in welke concentraties. Waar aardwetenschappen, biologie en scheikunde hun common ground vinden op het moment dat de plant in aanraking met het water komt, draagt de natuurkunde bij om uit deze gezamenlijke opstellingen conclusies te kunnen trekken wat betreft de energie opbrengst. Pas als al deze vier disciplines samen komen, is het mogelijk om dit onderzoek optimaal uit te voeren, en daarom heeft het onderzoek een intrinsieke interdisciplinaire waarde.
Figuur 2 - Globaal overzicht verweving van disciplines
Methoden
Experimentele opzet
Voor het empirische deel van het onderzoek zijn drie bakken met een gelijk volume voorbereid, waarin in elk acht slaplanten geplaatst is. Hiervoor zijn eerst voldoende sla zaailingen gekiemd. Één van de bakken is steriel gemaakt, aan één van de bakken zijn micro-organismen toegevoegd en de laatste bak was een blanco opstelling waarin geen speciale aanpassingen zijn gemaakt. De bakken zijn afgedekt met aluminiumfolie zodat de wortels niet werden blootgesteld aan licht om
algengroei te voorkomen. Alle drie de opstellingen bevonden zich in dezelfde kasruimte op het Science Park Amsterdam. Tijdens het groeiproces zijn de EC- en pH-waarden van het water gereguleerd. Na een periode van 55 dagen zijn van elke bak vier slakroppen van gemiddelde grootte geoogst en gepeld, vanwege beschikbare ruimte in de oven. De losse slabladeren met steel en wortels zijn gedurende 21 uur in een oven op 40 °C gedroogd. Per bak is het gemiddelde vers- en drooggewicht bepaald van zowel de wortels als de plant zelf. Het gewicht van de wortels is per bak, dus van alle acht planten, bepaald.
Micro-organismen
In deze paragraaf zal uitgelegd worden welke micro-organismen zijn toegevoegd aan de
opstellingen en in welke concentraties. Ook zal besproken worden met welke meetinstrumenten, en op welke manier de concentraties zijn vastgesteld die zijn toegevoegd.
De micro-organismen die in dit onderzoek gebruikt zijn, zijn Pseudomonas putida
en Bacillus
subtilis
. Deze soorten hebben, zo blijkt uit literatuur (Lee & Lee, 2015), een gunstig effect op de
groei en opbrengst van gewassen geteeld met hydroponics. Er zijn meerdere micro-organismen die ook deze positieve effecten leveren, maar deze organismen zijn niet beschikbaar op de universiteit voor dit onderzoek, waardoor slechts P. putida
en B. subtilis zijn overwogen.
Voordat de micro-organismen toegevoegd zijn, is de optimale concentratie van de
micro-organismen bepaald. Om de concentratie te bepalen is gebruik gemaakt van literatuur (Vallence et al., 2010; Uthkede et al., 2009) en gesprekken met expert dhr. Ing. R. de Boer (SILS, UvA) en dhr. Dr. J. M. Schuurmans (IBED, UvA). Hieruit is gebleken dat een concentratie van 105
cfu/ml een goede startconcentratie is voor zowel P. putida
13 als B. subtilis. De drie opstellingen
hebben een volume van 47 liter. In deze opstellingen komt dit neer op 4,7*108 cellen.
Er is een overnachtcultuur van de P. putida
14 en B. subtilis beschikbaar vanuit het Science Park.
Hiervoor is er contact opgenomen met R. de Boer. De concentraties van de micro-organismen is bepaald voor ze toegevoegd zijn aan de opstelling. Aangezien de concentratie in de
overnachtcultuur niet bekend was, is er met een verdunningsreeks bepaald hoeveel
overnachtcultuur er toegevoegd moet worden aan het water in de bakken om een optimale concentratie van deze micro-organismen te krijgen.
Gravel et al. (2007) beschrijft in zijn methode dat de bacteriën in overnachtcultuur (vloeibaar) gevoed worden met TSB (tryptic soy broth). Ook de bacteriën in dit onderzoek zijn hiermee 13 Cfu/ml staat voor colony forming units per milliliter. Wordt vaak gebruikt voor concentratiebepaling voor microben. .
14Een overnachtcultuur is een vloeibare oplossing van micro-organismen die uit de vriezer worden gehaald en vervolgens
gevoed, nadat ze uit een vriezer van -80°C zijn gehaald. Vervolgens is de concentratie van P. putida en B. subtilis
bepaald met behulp van een verdunningsreeks. De cultuur is met een vortex
gesuspendeerd en vervolgens op petrischaaltjes met het medium ‘tryptic soy agar’ (TSA) 15
aangebracht. De cultuur is met een verdunningsfactor van 10, 100, 1000 en 10.000 op de schalen aangebracht. Er is hiervoor 10µl van de overnachtcultuur B. subtilis
gemengd met 90µl fysiologisch
zout om de cultuur 10 keer te verdunnen. Van deze oplossing is vervolgens 10µl genomen en weer gemengd met 90µl fysiologisch zout om tot 100 keer verdunning te komen. Dit is vervolgens ook voor de 1.000 en 10.000 keer verdunning gedaan. Dit is herhaald om voldoende oplossing voor de verdunningsreeks te verkrijgen. Vervolgens is 50µl van elke verdunning op een petrischaaltje met TSA aangebracht en met behulp van een ontsmet staafje, homogeen verspreid over het schaaltje. Na dit in drievoud voor de vier verdunningen te hebben aangebracht, zijn de schaaltjes in een stoof van 37°C gezet voor een nacht. Daarna zijn de kolonies die gevormd zijn op de schaaltjes geteld om de concentraties te bepalen. Door deze getelde kolonies om te rekenen met het aantal ml
overnachtcultuur, is bepaald dat er 3,3*106 cfu/ml in de overnachtcultuur van de B. subtilis
zit, en
1,5*108 cfu/ml van P. putida
zit (voor de berekening, zie Appendix). Dit betekent dat er 142,42 ml
B. subtilis
van de overnachtcultuur toegevoegd moet worden aan de bak van 47 liter, en 3,1 ml P.
putida
. Omdat de concentratie van de B. subtilis die toegevoegd kan worden zo veel lager is dan de
concentratie die van P. putida
toegevoegd kan worden, is alleen P. putida toegevoegd.
Van P. putida
is uiteindelijk 4 ml toegevoegd aan de bak van 47 liter door een rekenfout met een
factor tien die eerder gemaakt is. Dit komt neer op een concentratie van 1,28*104 cfu/ml. Dit is
bijna acht keer lager dan de concentratie die in de literatuur gevonden is, maar nog steeds hoog genoeg om een significante invloed te hebben op de plantengroei . Er kon geen hogere 16
concentratie verkregen worden omdat er niet meer P. putida
beschikbaar was nadat de rekenfout
ontdekt werd.
De teelt
Gekozen is voor de kropsla variant Lactuca sativa ´
Cosima´, ontwikkeld door biologische veredelaar
‘De Bolster’. Er is voor deze variant gekozen omdat dit een snelgroeiend en sterk gewas is,
waardoor het een makkelijk onderzoeksobject is in een kort experiment. De aangegeven oogsttijd is vier tot zes weken.
Onder dezelfde omstandigheden werd L. sativa
in drievoud ingezaaid op 24 kokospluggen 17
geplaatst in netcuppen . in de koude kas en om de dag bewaterd met regenwater . Van de 18 19
opgekomen kiemen werd na drie dagen de langste gekozen, de andere kiemen werden verwijderd. Na vijf dagen waren de wortels lang genoeg om uit de onderzijde van de pluggen te steken, dit is noodzakelijk omdat de wortels anders niet goed in het water zitten. Toen de lengte van de wortels voldoende was werden de kroppen in de hydrocultuur geplaatst. Er zijn per bak acht potjes met slazaalingen ingezet. De groeicurve van het gewas is gemeten door het langste blad te nemen, 15 Om de cultuur goed te mengen
16 Communicatie met dhr. Dr. J. M. Schuurmans (IBED, UvA)
17Kokospluggen van het merk U-GRO, 4 bij 4 cm. Dit is een compacte ecologische pellet welke bestaat uit gemalen
gedroogde kokosvezel en is omhuld door een zakje katoen. Dit product is volledig biologisch afbreekbaar. Gedroogde kokos wordt veel gebruikt in de hydroteelt, omdat het goedkoop en gebruiksvriendelijk is. Na inwateren is het klaar voor gebruik.
18 merk GHE, diameter 5cm. Een plastic plantenpotje met ruime uitsparingen voor de wortels. Algemeen gebruikt
in hydroponicsopstellingen.
19 Er was gekozen voor regenwater omdat dit natuurgetrouwer is, verder bevat regenwater uit zichzelf al enkele
zoals beschreven in Evans (1972). Deze methode is geschikt zolang het gewas in een exponentiële groeifase zit. Bij sla duurt deze fase tot de primaire krop is gevormd, deze is dan oogstklaar. Hierna investeert de plant in de bloeivorming en geeft de meetmethode van bladeren geen betekenisvolle resultaten. Bij dit experiment was dit stadium na bijna vier weken bereikt. Dit is in lijn met de verwachte groei van deze variëteit.
De nutriëntenoplossing die is gebruikt is Hydro A+B van Hy-Pro. De aanwijzingen voor de omstandigheden voor een optimale teelt waren hierbij aangegeven. Gedurende de teelt is de waterkwaliteit gecontroleerd door middel van regelmatige EC en pH metingen. Deze zijn tijdens het experiment binnen de gewilde marges gebleven die waren aangegeven door Hy-pro (EC tussen 1,4 – 2,2 , pH rond de 5-6). Er is daarom alleen nutriënten toegevoegd bij aanvang van het
experiment.
Energiekosten
Alle drie de bakken zijn gevuld met 47 liter water. Bij de gesteriliseerde bak is al dit water eerst gekookt om het totaal vrij van micro-organismen te maken. Dit is gebeurd met een waterkoker met een vermogen van 1850-2200 W en een inhoud van 2 liter. Alle 47 liter in de bak is eerst met deze waterkoker gekookt. De gemiddelde kooktijd van dit water was 6,5 minuten. Gedurende de tijd van het experiment, zijn alle drie de bakken nog eens drie keer met 20 liter water hervuld, aangezien gedeelte van het water door de slakropjes is opgenomen en een gedeelte van het water is geëvaporeerd. In de gesteriliseerde bak is dit water uiteraard opnieuw gekookt. In de blanco bak is niks met het water gedaan, en met de bak met micro-organismen is aan het begin van de opstelling een concentratie micro-organismen toegevoegd. De energie die het gekost heeft om deze micro-organismen toe te voegen, is in deze opstelling niet kwantitatief uit te drukken, maar heeft dus wel extra energie gekost. In alle drie de bakken bevond zich een aquariumpomp met een vermogen van 1,5 W. Deze heeft gedurende het hele experiment aan gestaan.
In de kasruimte bevonden zich 12 lampen, elk met een vermogen van 600 W, waarvan er zes (allen aan de helft van de opstelling) gebruikt werden. De opstelling nam echter lang niet de hele
kasruimte in beslag. De halve kasruimte waarin de lampen aan stonden had een oppervlakte van 19,23 m², en elke bak had een oppervlakte van 0,1776 m². Er vanuit gaande dat de energie van de lampen uniform over deze halve oppervlakte van de kasruimte verdeeld wordt, geeft een
gemiddeld vermogen van 6 x 600 x (0,1776/19,23) = 33,24 W van de lampen per bak. Deze lampen stonden gedurende het gehele experiment 16 uur per dag aan.
De temperatuur van de kasruimte is ook gereguleerd, maar er zijn geen gegevens beschikbaar die aangeven hoeveel energie dit gekost heeft. Hierom zal deze energie geschat worden.
Een energieoverzicht van de kassen, verkregen van kasopziener L. Tikovsky (Zie appendix B) laat zien dat de verwarming alleen aan staat als de lampen uit zijn. De verwarming in de kasruimte zorgt ervoor dat de minimumtemperatuur van 17,5 graden in stand gehouden wordt. Ook is echter te zien dat de verwarming gemiddeld minder dan zes uur, de periode waarin de lampen uit staan, aan staat. De gemiddelde tijd per dag waarin de verwarming aan staat, wordt op drie uur geschat. Het vermogen van de verwarming is onbekend, en zal daarom geschat worden door deze te vergelijken met een normale radiator die een vergelijkbare ruimte moet verwarmen. De kasruimte heeft een oppervlakte van 115 m³. De kasruimte bevindt zich midden in een goed geïsoleerd complex van kasruimtes, die daarom met een goed geïsoleerde nieuwbouwwoning vergeleken
wordt. Door tenslotte een gewenste temperatuur van 18 graden Celsius in te vullen, wordt met behulp van https://www.radiatorxxl.nl/radiator-vermogen-berekenen een vermogen van 6210 W voor de radiator verkregen.
In totaal hebben de slakropjes vanaf de middag van 23 november 2016 tot en met de ochtend van 17 januari 2017 in de kassen gestaan. Dit zijn 55 hele dagen.
Energieopbrengsten
Om de energieopbrengst van de slakropjes te berekenen, is de totale biomassa per bak bepaald. Het gebruik van een calorimeter om de energiewaarde te bepalen had de voorkeur, maar deze waren niet beschikbaar op de universiteit.
Het bepalen van de totale biomassa is eerst vers gedaan, als de slakropjes net uit de opstelling komen. Daarna zijn de kroppen gepeld en als losse blaadjes in de droogoven gelegd. Omdat er in totaal maar ruimte was voor 12 kroppen in de oven, zijn er uit elke bak vier representatieve slakroppen gekozen. Deze zijn vers gewogen en na het drogen zijn deze droog gewogen. Om het totale gewicht per bak te bepalen, wordt dit gewicht dus met twee vermenigvuldigd, aangezien er 8 slakroppen per bak aanwezig waren. De slakroppen zijn gedurende 21 uur op 40 graden Celsius gedroogd, een tijd en temperatuur die voldoende zou moeten zijn .
Na het drogen is nogmaals de biomassa bepaald. Zowel de bladeren en steel als de wortels zijn gewogen.
Statistische analyse
Met behulp van Excel is met een unifactoriële variantie-analyse (one-way ANOVA) bepaald of de verschillen significant zijn. Van de drie verschillende opstellingen zijn de gemiddelden van zowel versgewicht als drooggewicht bepaald, en vervolgens is over deze getallen een unifactoriële variantie-analyse uitgevoerd. Ook analyse om significant verschil voor de groeicurve te bepalen is met behulp van een unifactoriële variantie-analyse in Excel bepaald.
Resultaten
De groei van de sla is gemonitord vanaf de dag dat de zaailingen in de verschillende opstellingen werden geplaatst. 50 dagen na het inzetten van de hydrocultuur is de sla geoogst. Zowel het versgewicht als het drooggewicht van de kroppen als de wortels zijn gemeten. Van iedere bak zijn vier willekeurige kroppen genomen om gedroogd te worden. Het totale wortelstelsel is gemeten. De weergegeven gegevens zijn het totaalgewicht van alle meetwaarden (zie Figuur 3).
Figuur 3 - groeicurve bladeren L. sativa
per opstelling. Lengte van het langste blad per bak (cm) is de gemiddelde lengte,
gebaseerd op metingen van alle planten uit die opstelling. 21 dagen na het plaatsen van de planten in de bakken was in alle planten de primaire krop gevormd en is de langste bladlengte niet meer gemeten.
Hieronder, in Figuur 4 tot en met 7, staan de gemiddelde gewogen massa’s van de slakrop en de wortelen. Zowel het vers- als droog gewicht worden vermeld.
Figuur 4 - totale versgewicht wortels per opstelling in gram Figuur 5 - totale drooggewicht wortels per opstelling in gram
Figuur 6 - gemiddelde versgewicht slakrop per Figuur 7 - gemiddelde drooggewicht slakrop per
Figuur 8 - De luchtslangen die aangesloten waren op de luchtpompen na afloop van het experiment. Van links naar rechts: blanco, micro-organismen en steriel. Te zien is de verslijming en aanslag op de slangen die in de blanco opstellingen opstelling met micro-organismen aanwezig waren. Links de luchtsteentjes in detail.
De luchtslangen van de waterpompen zijn na het experiment geëvalueerd. Te zien is dat de slang en het luchtsteentje van de steriele bak schoon zijn gebleven. De andere twee bakken hadden een luchtslang met groene, slijmerige aanslag, en een zichtbare groene aanslag op het luchtsteentje. Deze aanslag werd niet gevonden in de binnenkant van de bakken zelf.
Energiekosten
In de methoden is voor alle energiekosten uitgelegd hoe deze tot stand zijn gekomen. In de voetnoten die horen bij tabel 1, is de exacte berekening van deze energiekosten gegeven. Tabel 1: Minimale totale energiekosten per bak in kJ
Blanco Gesteriliseerd Micro-organismen
Pomp 20 7.128 7.128 7.128
Steriliseren opstelling 21 0 > 38.961 0
Lampen 22 105.289,2 105.289,2 105.289,2
20 Vermogen pomp is 1,5 W = 1,5 J/s. 55 dagen = 55*24*60*60 = 4.752.000 s. 1,5*4.752.000 = 7.128.000 J = 7.128 kJ 21 Er is 47 + 3*20 = 107 L water gekookt. 107/2 = 54 keer gekookt. Gemiddelde kooktijd is 6,5*60 = 390 s, minimale
vermogen is 1850 W. 1850*54*390 = 38.961.000 J = 38.961 kJ. Het schoonmaken van de opstelling met alcohol heeft ook energie gekost, dit is niet kwantitatief uit te drukken.
22 Gemiddelde vermogen lampen per bak is 33,24 W. 16 uur per dag gedurende 55 dagen is 55*16*60*60 = 3.168.000 s.
Bacteriën toevoegen 23 0 0 > 0
Verwarming 24 3.635.280 3.635.280 3.635.280
Totaal 3.747.697,2 > 3.786.658,2 > 3.747.697,2
Het steriliseren van de opstelling zorgt slechts voor een toename in de energiekosten van 1,04%. Dit is dus bijna verwaarloosbaar als men naar de totale energiekosten kijkt die voor het
groeiproces van de sla benodigd waren.
Energieopbrengsten
De gemeten massa’s van de verse en droge biomassa’s van de bladeren, stelen en wortels zijn terug te vinden in Tabel 2.
Tabel 2: Biomassa per bak in gram
Blanco Gesteriliseerd Micro-organismen
Verse massa bladeren en steel 25 3807 4640 4119
Verse massa wortels 26 166,5 271,5 195
Droge massa bladeren en steel 27 1332 3008 1056
Droge massa wortels 28 4,5 6 4,5
Veelvoorkomende energiewaarden voor Lactuca sativa
zijn 790 Joule/gram (Van Wijk, 2008). Hier
wordt er van drooggewicht uitgegaan. De totale energieopbrengst per bak, in de vorm van biomassa van de sla, ziet dus als volgt uit (zie Tabel 3). Hierbij is ook het drooggewicht van de wortels meegenomen.
Tabel 3: Energieopbrengst per bak in kJ
Blanco Gesteriliseerd Micro-organismen
Energieopbrengst 1055,83 2381,06 837,80
Te zien is dat de gesteriliseerde bak voor de hoogste energieopbrengst gezorgd heeft. Hoewel het verse gewicht van de bak met de toegevoegde micro-organismen hoger was dan dat van de blanco bak, is het droge gewicht van de bak met toegevoegde micro-organismen het laagst van alle bakken en is ook de energieopbrengst van de bak met toegevoegde micro-organismen het laagst van alle bakken. In de conclusie en discussie zal er een verklaring voor deze resultaten gezocht worden.
Uitgaande van gemiddelde waarden van op traditioneel geteelde sla (Van Wijk, 2008), zijn de 23 Zoals gezegd is het niet mogelijk om de energiekosten van het vrijmaken en toevoegen van de bacteriën kwantitatief uit
te drukken.
24 Verwarming staat gemiddeld drie uur per dag aan. Dit is 55*3*60*60 = 594.000 s. 6120*594.000 = 3.635.280.000 J =
3.635.280 kJ
25 De gemiddelde verse massa’s per slakrop (zie figuur 5) zijn met 8 vermenigvuldigd voor de gemiddelde verse
massa’s per bak.
26 Alle waarden komen uit figuur 3
27 De gemiddelde droge massa’s per slakrop (zie figuur 6) zijn met 8 vermenigvuldigd voor de gemiddelde droge
massa’s per bak
gemiddelde mineralen in de hydroponics geteelde sla berekend , deze waarden zijn te vinden in 29
Tabel 4. De mineralen in Tabel 4 zijn de mineralen die onder anderen via de nutriëntenoplossingen zijn toegevoegd. Naast de voedingssupplementen kunnen de mineralen ook afkomstig zijn uit het regenwater wat de planten kregen.
Tabel 4: Gemiddelde mineralen slakrop per bak
Blanco Gesteriliseerd Micro-organismen
Calcium (mg) 203 180 167
Fosfor (mg) 174 154 143
Kalium (g) 1,43 1,27 1,18
Statistische analyse
Met behulp van Excel is via een unifactoriële variantie-analyse (one-way ANOVA) vastgesteld dat het verschil in groeicurve tussen de drie condities niet significant is. De p-waarde (0,98) die uit de variantie-analyse komt is zeer hoog. De nulhypothese die gesteld is, is dat de gemiddelden van de drie groepen (blanco, steriel en bacterie) gelijk zijn. De p-waarde geeft de waarschijnlijkheid aan, en is hier zeer hoog; er is in dit onderzoek geen significant verschil gemeten tussen de drie condities.
Tussen het gewicht van verschillende condities van de slakroppen en de wortels is in de grafiek verschil te zien, maar de statistische toets wijst uit dat de verschillen niet significant zijn. Ook hier is de p-waarde hoog (0,74) voor verschil tussen gewicht van de slakroppen , wat inhoudt dat er geen significant verschil is tussen de drie verschillende groepen (blanco, steriel en bacterie). Ook de verschillen in wortel gewicht blijken uit analyse niet significant te zijn (p-waarde is 0,94).
Discussie
Hoewel er in de grafieken van het verse en droge gewicht van de wortels, de bladeren en de stelen van de sla verschil tussen de verschillende condities lijkt te zijn, wijst de statistische analyse uit dat er geen significant verschil is. Deze resultaten komen niet overeen met de hypothese dat de opstelling met toegevoegde micro-organismen voor de hoogste energieopbrengst zorgen. Uit literatuur (Lee & Lee, 2015) blijken micro-organismen, waaronder P. putida
, wel degelijk een
gunstig effect te hebben op de groei van gewassen.
Ondanks het feit dat de verschillen in massa’s tussen de condities niet significant zijn, zijn er een aantal interessante verschillen tussen de massa’s waargenomen. Ten eerste komt naar voren dat de steriele bak de hoogste energieopbrengst heeft. Wat verder opvalt is dat bij de vers gewichten de bacterie bak een grotere massa heeft dan de blanco bak, maar bij de droog gewichten is het andersom. Dit kan verschillende oorzaken hebben.
Doordat er jaarrond in de (voor dit onderzoek gebruikte) kassen wordt geteeld, zijn pathogene micro-organismen aanwezig. Het kan dat er in de opstellingen groei is ontstaan van
micro-organismen die de groei van de slakroppen negatief heeft beïnvloed. De vooraf aanwezige pathogene micro-organismen kunnen voor bacteriële- en schimmelinfecties zorgen, bij
hydroponics kunnen deze snel om zich heen kunnen grijpen. Dit kan stress opleveren bij het gewas, hetgeen de groei kan beïnvloeden en zelfs kan zorgen voor gewassterfte (Botman, 2014). Door een opstelling te steriliseren alvorens gelijk over te gaan op de teelt kan het zijn dat de pathogene organismen die al aanwezig waren minder kans hadden zich te hechten aan de binnenkant van de bakken. De pompjes van de blanco- en micro-organisme conditie waren
verslijmd, terwijl die van de gesteriliseerde bak nog helemaal schoon was (zie Figuur 8). Zo kan het zijn dat de steriele conditie meer zuurstof heeft gekregen dan de andere condities via de
luchtpomp. Dit zou het zuurstofgehalte in het water kunnen hebben beïnvloed. Een
vervolgonderzoek zou het zuurstof en bacteriegehalte van het water mee kunnen nemen, om te kijken of dit invloed heeft op de groei van de slakroppen. Uit de praktijk kwam naar voren dat een steriele startopstelling voor verslijming kon zorgen, wat het nog interessanter maakt hier
vervolgonderzoek naar te doen.
Het feit dat de conditie met toegevoegde micro-organismen een lagere energieopbrengst heeft dan de blanco conditie is minder goed te verklaren. Hier is vooral het verschil in drooggewicht en versgewicht tussen de verschillende condities opmerkelijk. Mogelijk zijn de bladeren minder goed gedroogd omdat er meer slabladeren over elkaar heen lagen in dat gedeelte van de oven. Het is ook mogelijk dat de sla van de blanco al droger was voor het de droogoven in is gegaan. Door de toegevoegde micro-organismen zouden de slakroppen wellicht minder snel volgroeid zijn geweest dan de andere condities. Bij het oogsten was de blanco conditie hierdoor al gedeeltelijk
uitgedroogd, wat voor een kleiner massaverschil tijdens het drogen zorgt. Een vervolgonderzoek kan dit voorkomen door te oogsten op het moment dat de eerste kroppen volgroeid zijn, waardoor geen gewasafsterving of verdroging kan voorkomen. Een andere factor die verantwoordelijk kan zijn voor de onverwachte verschillen in energieopbrengst, is de manier waarop de meting is gedaan. De planning was om de energie te meten aan de hand van een calorimeter, deze waren helaas niet beschikbaar aan de onderzoeksinstellingen . Daarom is er in literatuur gezocht naar 30
andere manieren om de energie te meten. Er werden enkele handleidingen gevonden aan de hand waarvan provisorische calorimeters gemaakt konden worden, in praktijk bleek dit niet haalbaar . 31
Er is daarom gekozen om energiewaarden uit de literatuur te halen. Uit de literatuur (Van Wijk, 2008) werd de hoeveelheid calorieën per 100 gram gehaald, vervolgens is hiermee de energie van de sla berekend. Deze waarden zijn dus representatief voor normale sla, maar er kan niet met zekerheid gezegd worden hoeveel de berekende waarden af liggen van de werkelijkheid en of deze waarden per conditie zouden verschillen.
Een mogelijk vervolgonderzoek zou een grootschaliger experiment kunnen zijn, waar het effect van meerdere soorten micro-organismen en menging van verschillende micro-organismen op de energieopbrengst zou kunnen worden onderzocht. Ook het monitoren van meer variabelen, zoals het zuurstofgehalte, de precieze voedingswaarde, een smaaktest en het monitoren en
determineren van de hoeveelheid micro-organismen kan inzicht geven in de exacte functie van micro-organismen op de optimale opbrengst met de hydroponicsmethode. In dit onderzoek waren middelen om de bacteriën te monitoren, niet beschikbaar. Hierdoor is het onduidelijk of de
micro-organismen daadwerkelijk op de wortels zijn gaan zitten en voor een effect hebben gezorgd. Ook de groei van de micro-organismen in dit onderzoek is onbekend. Monitoren zou bijvoorbeeld gedaan kunnen worden met T-RFLP , een techniek uit de moleculaire biologie. Nadeel van deze 32
30 De Universiteit van Amsterdam en de Vrije Universiteit van Amsterdam 31 Geen budget en geen locatie beschikbaar
methode is de prijs van de materialen, wat de reden is dat er in dit onderzoek geen gebruik gemaakt is van deze methode.
Ondanks de grote verschillen in de verschillende condities, bij zowel gewicht van de sla als van de wortels, blijken de verschillen niet significant te zijn. Dit heeft te maken met het geringe aantal metingen dat gedaan is voor de massa. Van elke conditie is de totale massa bepaald. Door de massa per slakrop te bepalen, worden er meer metingen gedaan en kan een afwijking van het gemiddelde nauwkeuriger berekend worden. Hiermee kan significantie voor onderlinge massaverschillen nauwkeuriger getest worden, en dit is dan ook aan te raden voor vervolgonderzoek.
Conclusie
Het empirisch onderzoek naar de invloed van micro-organismen op de groei van Lactuca sativa wijst uit dat de steriele opstelling de hoogste opbrengst heeft in zowel versgewicht als
drooggewicht, en daarmee de hoogste energieopbrengst heeft. Deze energieopbrengst is 225,52% hoger dan de energieopbrengst van de slakroppen in de blanco conditie, en 284,20% hoger dan de slakroppen in de micro-organismen conditie. Hier staat tegenover dat de extra energiekosten die nodig zijn om de opstelling steriel te maken, slechts 1,02% van de totale energiekosten van het onderzoek vormen. De gevonden verschillen in energieopbrengst blijken echter niet significant te zijn.
Hoewel de observaties en resultaten van dit onderzoek niet overeenkomen met de hypothese, blijkt wel dat hydroponics een efficiënte en gemakkelijke manier van telen is, die op kleine schaal met weinig middelen kan worden uitgevoerd. Hydroponicsteelt is een duurzame vorm van teelt, aangezien het een gesloten systeem is waardoor er geen uitspoeling naar het milieu is. Ook kunnen de omstandigheden beter gecontroleerd worden dan bij vollegrondsteelt, waardoor de stress voor de gewassen wordt beperkt, resulterend in een hogere opbrengst. Hoewel het principe van waterteelt al zeer lang bekend is, staat wetenschappelijk onderzoek nog in de kinderschoenen. Zeker op het gebied van kennis over micro-organismen kan nog veel winst worden geboekt. Het onverwachte resultaat van dit onderzoek toont aan dat nog lang niet alles bekend is over de werking van micro-organismen in hydroponicsteelt. Verder onderzoek is noodzakelijk, maar desondanks lijkt hydroponics nog steeds een goede optie voor de toekomst.
biologie om micro-organismen te monitoren (O’Neill et al.
Literatuur
● Bochow, H. (1992). Phytosanitary effects of Bacillus subtilis
as biocontrol agent.
Mededelingen van de Faculteit Landbouwwetenschappen, Universiteit Gent
, 57(2b),
387-393.
● Böhme, M. (1997, May). Effects of lactate, humate and Bacillus subtilis
on the growth of
tomato plants in hydroponic systems. In International Symposium on Growing Media and
Hydroponics 481
(pp. 231-240).
● Botman, J. (2014, sep). Ultiem teeltsysteem op water. Publicaties Proeftuin Zwaagdijk ● Chatterton, S., Sutton, J. C., & Boland, G. J. (2004). Timing Pseudomonas chlororaphis
applications to control Pythium aphanidermatum, Pythium dissotocum, and root rot in hydroponic peppers. Biological Control
, 30(2), 360-373.
● Corporaal, A., Denters, T., van Dobben, H. F., Hennekens, S. M., Klimkowska, A., Ozinga, W. A., ... & Schrijver, R. A. M. (2011). Stenoeciteit van de Nederlandse flora Een nieuwe
parameter op grond van ecologische amplitudo's van de Nederlandse plantensoorten en toepassingsmogelijkheden
(No. 240). Wettelijke Onderzoekstaken Natuur & Milieu.
● Dechorgnat, J., Nguyen, C. T., Armengaud, P., Jossier, M., Diatloff, E., Filleur, S., & Daniel-Vedele, F. (2011). From the soil to the seeds: the long journey of nitrate in plants.
Journal of Experimental Botany
, 62(4), 1349-1359.
● Evans, G. C. (1972). The quantitative analysis of plant growth
(Vol. 1). Univ of California
Press.
● Furtner, B., Bergstrand, K. J., Brand, T., Jung, V., & Alsanius, B. W. (2007). Abiotic and biotic factors in slow filters integrated to closed hydroponic systems. European Journal of
Horticultural Science
, 104-112.
● Gravel, V., Antoun, H., & Tweddell, R. J. (2007). Growth stimulation and fruit yield improvement of greenhouse tomato plants by inoculation with Pseudomonas putida
or
Trichoderma atroviride: possible role of indole acetic acid (IAA). Soil Biology and
Biochemistry
, 39(8), 1968-1977.
● Gravel, V., Martinez, C., Antoun, H., & Tweddell, R. J. (2006). Control of greenhouse tomato root rot [Pythium ultimum
] in hydroponic systems, using plant-growth-promoting
microorganisms. Canadian Journal of Plant Pathology
, 28(3), 475-483.
● Hershey, D. R. (1994). Solution culture hydroponics: history & inexpensive equipment. The
American Biology Teacher
, 56(2), 111-118.
● Lee, S., & Lee, J. (2015). Beneficial bacteria and fungi in hydroponic systems: Types and characteristics of hydroponic food production methods. Scientia Horticulturae
, 195,
206-215.
● Mhadhbi, H. (2012). Plant Hydroponic Cultivation: A Support for Biology Research in the Field of Plant-Microbe-Environment Interactions. HYDROPONICS–A STANDARD
METHODOLOGY FOR PLANT BIOLOGICAL RESEARCHES
, 101.
● Mukherjee, P., Banerjee, S., Wheeler, A., Ratliff, L. A., Irigoyen, S., Garcia, L. R., ... & Versaw, W. K. (2015). Live imaging of inorganic phosphate in plants with cellular and subcellular resolution. Plant physiology
, 167(3), 628-638.
● Nachtergaele, F. O., Petri, M., & Biancalani, R. (2011). 10 Land Degradation. World Soil
Resources and Food Security
, 471.
● O'Neill, T. M., Deery, S. J., Scott, G., & Dickinson, M. (2014, July). Monitoring tomato root microorganisms. In VIII International Symposium on Chemical and Non-Chemical Soil and
Substrate Disinfestation 1044
(pp. 81-88).
● Paulitz, T. C., & Bélanger, R. R. (2001). Biological control in greenhouse systems. Annual
review of phytopathology
, 39(1), 103-133.
● Peer, Van, R., & Schippers, B. (1989). Plant growth responses to bacterization with selected
Pseudomonas spp
. strains and rhizosphere microbial development in hydroponic cultures.
Canadian Journal of Microbiology
, 35(4), 456-463.
● Renault, D., Deniel, F., Benizri, E., Sohier, D., Barbier, G., & Rey, P. (2007). Characterization of Bacillus
and Pseudomonas strains with suppressive traits isolated from tomato
hydroponic-slow filtration unit. Canadian journal of microbiology
, 53(6), 784-797.
● Stijger, C. C. M. M., Janse, J., Vermeulen, T., & van Weel, P. A. (2014). Ziektebeheersing
substraatloze teeltsystemen: naar een robuust systeem tegen ziekten en plagen
(No. 1335).
Wageningen UR Glastuinbouw.
● Utkhede, R. S., Levesque, C. A., & Dinh, D. (2000). Pythium aphanidermatum
root rot in
hydroponically grown lettuce and the effect of chemical and biological agents on its control. Canadian Journal of Plant Pathology
, 22(2), 138-144.
● Vallance, J., Déniel, F., Le Floch, G., Guérin-Dubrana, L., Blancard, D., & Rey, P. (2010). Pathogenic and beneficial microorganisms in soilless cultures. Agronomy for sustainable
development
.
● Wijk van, C. (2008). Romeinse sla (bindsla) De vollegrondsteelt van A tot Z in beknopte vorm. Praktijkonderzoek Plant & Omgeving B.V.
● Xu, J., & Warriner, K. (2005). Coliphage as an indicator of fecal contamination in
hydroponic cucumber (Cucumis sativus L) greenhouses. Journal of the Science of Food and
Agriculture
Appendix
A: Berekening concentraties micro-organismen en verdunningsreeks
Date: 22/11/2016Names: Astrid Ekelmans & Eline Kolb
Objective: Measure the concentration of the Pseudomonas putida & Bacillus subtilis grown on TSB
Materialen:
- overnachtculturen B. subtilis
& P. putida in onbekende concentraties
- Tryptic Soy Agar - petrischaaltjes
- fysiologische zoutoplossing
- pipetten van verschillende afmetingen - ethanol
- gasbrander - apjes - spreidstokje Opstelling:
De linker opstelling I/III is voor de B. subtilis, de rechter voor de P. putida
.
De gevormde kolonies B. bacillus kunnen worden weergeven in onderstaande tabel
B. subtilis I II III gemiddelde
alfa >300 (ontelbaar veel) >300 >300 >300
bèta 1216 372 1250 1225
gamma 169 30 171 170
delta 32 2 14 20
De tweede meting (II) is niet betrouwbaar vergeleken met I en III. Dit is waarschijnlijk fout gegaan door het toevoegen van te weinig overnachtcultuur gemengd met fysiologisch zout.
Met de verdunningsreeks kan berekend worden dat in 1 ml B. subtilis cultuur bèta 2,45*10^6 cfu/ml zit, in gamma 3,4*10^6 cfu/ml en in delta 4*10^6 cfu/ml. Dit geeft een gemiddelde van 3,3*10^6 cfu/ml. De gewenste concentratie is 1*10^5 cfu/ml. Met een kruistabel is berekend dat deze concentratie in 0,03 ml van de overnachtcultuur zit. Wanneer dit voor 47 liter toegevoegd moet worden (om een concentratie van 1*10^5 cfu/ml over deze 47 liter te hebben) zal er
beschikbaar waardoor een veel lagere concentratie bereikt zal worden die hoogstwaarschijnlijk geen effect heeft.
Van de P. putida
is een hoge concentratie aangetroffen, die nog vrij hoog is in de deltametingen
van A, B en C. Er is daarom gekozen om met factoren te kijken hoeveel er van deze oplossing zou moeten worden toegevoegd. In de gammametingen is er een gemiddelde van 6400 cfu
aangetroffen (dus in 0,1µl), in de deltametingen een gemiddelde van 2350 cfu (in 0,01 µl). Dit delen geeft een gemiddelde van 1,5*10^8 cfu/ml. Om de concentratie van 1*10^5 cfu/ml te bereiken zal er 4,7*10^8/1,5*10^8=3,1 toegevoegd moeten worden. Deze hoeveelheid nachtcultuur P. putida
is beschikbaar en toegevoegd in dit onderzoek in een lagere concentratie
door een rekenfout.
B: mogelijk beneficiaire micro-organismen
Figuur 8 - Tabel met micro-organismen die een gunstig effect hebben op planten in hydroponics systemen (Lee & Lee, 2015)
C: kasgegevens
Figuur 9 - Energiegegevens van de kasruimte gedurende twee weken. Deze gegevens zijn representatief voor de gehele duur van het experiment in deze ruimte. De rode lijn geeft de gemiddelde temperatuur van de kasruimte aan. De rode lijn geeft de verwarmingsactiviteit weer.
D: Statistische analyse in Excel
Figuur 11 - Statistische analyse over het gewicht van de slaplanten.
