De invloed van het stomen op de stikstofhuishouding van de grond

r r

>n

L.

-^

^

C. Sonneveld, Proefstation voor de Groente- en Fruitteelt onder Glas te Naaldwijk

De invloed v a n stomen op de stikstofhuishouding

v a n de grond

Bij het partieel steriliseren van grond door middel van stoom treden in de stikstofhuishouding vrij grote veranderingen op. Normaliter zal de stikstof die bij de bemesting in ammoniumvorm aan de grond wordt toegediend, door micro-organismen snel worden om-gezet tot nitraat. Daarom is in kasgronden door-gaans vrijwel alle in water oplosbare stikstof aan-wezig als nitraat. In gestoomde gronden kan echter een belangrijk deel van de in water oplosbare stik-stof voorkomen als ammonium, terwijl soms ook ni-triet wordt gevonden [1].

In de afgelopen jaren is op het Proefstation te Naald-wijk onderzoek verricht naar de invloed van stomen op de stikstofhuishouding van de grond. De eerste resultaten van dit onderzoek worden in deze publi-katie samengevat.

Analysemethodieken

Bij het grondonderzoek werden de hoeveelheden in water oplosbare stikstof (N-totaal), nitraat, nitriet en ammonium bepaald en wel met behulp van een 1 : 5 grond-waterextract. Ook werd de hoeveelheid uitwis-selbaar ammonium bepaald. Hierbij werd de grond geëxtraleerd met 1 n KCl; extractieverhouding even-eens 1 : 5 (uitwisselbaar ammonium is het in het bo-demvocht opgeloste plus het geadsorbeerde ammo-nium). De gehalten werden uitgedrukt in mg stikstof (N) per 100 g droge grond.

De grondmonsters werden doorgaans gedroogd bij 45°C. Wanneer echter in de monsters ook nitriet werd bepaald, dan werden alle bepalingen in de veldvoch-tige grond uitgevoerd. Het nitriet gaat door het-dro-gen van de grond namelijk grotendeels verloren. In

een vergelijkend onderzoek werd na drogen bij bena-dering slechts één vierde deel gevonden van de hoeveelheid die in de veldvochtige grond werd be-paald. Op de uitkomst van de ammonium- en de ni-traatbepaling had het drogen weinig invloed. Dit werd bij een onderzoek in 1963 eveneens gevonden [6]. Door andere onderzoekers [5,7] is vaak een vrij sterke toename van ammonium na het drogen van de grond aangetoond.

Het N-totaalgehalte in het extract werd bepaald vol-gens de methode van Cotte-Kahane. Bij deze bepa-ling worden het nitraat en het nitriet met ferrosulfaat gereduceerd tot ammonium, dat na overdestilieren wordt getitreerd. Het nitraat werd colorimetrisch be-paald met fenol-zwavelzuur volgens Syderius. Het nitriet werd eveneens colorimetrisch bepaald en wel met behulp van sulfanilzuur en alpha-naphthylamine. De ammoniumstikstof werd aanvankelijk colorime-trisch bepaald met behulp van Nessler's reagens vol-gens Urbach. Later werd het ammonium bepaald door titratie na overdestilleren met magnesiumoxide. Bij laatstgenoemde bepalingsmethodiek werden door-gaans wat lagere uitkomsten verkregen dan bij eerst-genoemde.

Voor een uitvoeriger beschrijving van de gevolgde analysemethodieken wordt verwezen naar Den Dek-ker en Dijk [2].

De directe invloed van stomen

Bij het stomen worden in de grond vrij grote hoe-veelheden ammonium en soms ook wat nitriet ge-vormd. Dit blijkt onder andere uit de resultaten van een onderzoek, waarbij op zes bedrijven direct vóór

Tabel 1. De invloed van stomen op de gehalten aan mine-rale stikstof van de grond. Gehalten als mg N per 100 g droge grond (1 : 5 grond-waterextract).

Bedrijf Nitraat voor 10.0 10.7 16.0 2.9 20.9 16.5 Nitriet Ammonium na voor na 4.7 2.3 3.3 1.6 10.6 9.9 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.07 0.10 0.77 0.21 0.52 0.04 0.0 0.2 0.4 0.3 0.6 0.3 2.0 1.6 1.6 1.8 6.4 4.1 en d i r e c t nà het s t o m e n de g r o n d w e r d o n d e r z o c h t (tabel 1). Op alle b e d r i j v e n w e r d zwaar g e s t o o m d met b e h u l p van zeilen. Na het s t o m e n b l i j k t het nitraat-g e h a l t e overal te zijn nitraat-g e d a a l d en b l i j k t er nitriet en a m m o n i u m te zijn g e v o r m d . De d a l i n g van het nitraat-g e h a l t e zal, althans nitraat-g e d e e l t e l i j k , v e r o o r z a a k t zijn d o o r r e d u c t i e van nitraat tot nitriet. Het g e h a l t e aan nitraat daalt e c h t e r meer dan het n i t r i e t g e h a l t e stijgt. Dit zou een g e v o l g kunnen zijn van u i t s p o e l i n g . De h o e v e e l -heid s t o o m (water) d i e w o r d t g e b r u i k t bij het s t o m e n d o o r m i d d e l van zeilen is n a m e l i j k vrij g r o o t . Ook is het m o g e l i j k , dat een d e e l van het g e v o r m d e nitriet is o n t l e e d tot g a s v o r m i g e stikstof. Nitriet is n a m e l i j k w e i n i g s t a b i e l .

Het o n t s t a a n van a m m o n i u m t i j d e n s het s t o m e n w o r d t v e r o o r z a a k t d o o r a f b r a a k van o r g a n i s c h e stof [1]. De h o e v e e l h e i d a m m o n i u m d i e bij het s t o m e n in de g r o n d w o r d t g e v o r m d , hangt af van d e h o e v e e l h e i d en de aard van d e o r g a n i s c h e m a t e r i a l e n d i e in d e g r o n d aanwezig zijn, de t i j d s d u u r van het s t o m e n en de t e m p e r a t u u r d i e d a a r b i j in de g r o n d w o r d t bereikt. De invloed van de laatste t w e e f a c t o r e n b l i j k t d u i d e lijk uit de resulaten van een l a b o r a t o r i u m p r o e f , w a a r bij diverse soorten g r o n d v e r s c h i l l e n d e t e m p e r a t u u r -b e h a n d e l i n g e n o n t v i n g e n . De g r o n d w e r d g e d u r e n d e 3, 6 of 12 uur bij 70, 85 of 100°C in g e s l o t e n p o t t e n verhit. In t a b e l 2 zijn van een z a v e l g r o n d en een v e e n -g r o n d de resultaten w e e r -g e -g e v e n . N a a r m a t e d e -g r o n d l a n g d u r i g e r en bij een h o g e r e t e m p e r a t u u r w e r d ver-hit, w a s de h o e v e e l h e i d a m m o n i u m groter.

Tabel 2. Het ammoniumgehalte van een zavelgrond en een veengrond na verschillende temperatuurbehandelingen. Gehalten als mg N per 100 g droge grond (1 : 5 grond-waterextract). Temp. Tijd 3 uur 6 uur 12 uur gem. Zavelgrond Veengrond 70°C 85°C 100°C gem. 70°C 85°C 100°C gem. 0.8 1.1 1.4 1.1 1.1 2.0 3.1 2.1 2.4 2.7 3.8 3.0 Onbehandeld 1.4 1.9 2.8 2.0 0.5 2.5 3.1 4.3 3.3 3.8 4.6 6.3 4.9 4.2 5.6 12.0 7.3 Onbehandeld 3.5 4.4 7.5 5.2 2.5

Stikstofhuishouding na het stomen

Bij het s t o m e n van g r o n d w o r d e n d e a a n w e z i g e m i c r o o r g a n i s m e n g r o t e n d e e l s g e d o o d . Dit heeft tot g e v o l g , dat v e r s c h i l l e n d e b i o l o g i s c h e p r o c e s s e n z o -als de n i t r i f i c a t i e - d e eerste t i j d na het s t o m e n s l e c h t s langzaam v e r l o p e n .

T e n e i n d e nader g e ï n f o r m e e r d te w o r d e n over d e n i -t r i f i c a -t i e v a n ni-trie-t en a m m o n i u m o p g e s -t o o m d e g r o n d , w e r d in een i n c u b a t i e p r o e f de o m z e t t i n g van deze v e r b i n d i n g e n in een g e s t o o m d e g r o n d v e r g e l e -ken met de o m z e t t i n g in o n g e s t o o m d e g r o n d . Bij deze proef w e r d g e b r u i k g e m a a k t v a n e e n s t i k s t o f a r m e z a v e l g r o n d . De stikstof w e r d t o e g e v o e g d als n a t r i u m nitriet of a m m o n i u m s u l f a a t . De h o e v e e l h e i d w e r d z o -d a n i g g e k o z e n , -dat per 100 g -d r o g e g r o n -d 10 mg stik-stof (N) w e r d t o e g e d i e n d . De g r o n d w e r d in een kas in o p e n b a k k e n b e w a a r d ; het v o c h t g e h a l t e w e r d op peil g e h o u d e n . Door b e m o n s t e r i n g w e r d e n g e d u r e n -de zes w e k e n d e v e r a n d e r i n g e n in -de g e h a l t e n aan m i n e r a l e stikstof g e v o l g d . In d e f i g u r e n 1 en 2 zijn d e resultaten in b e e l d g e b r a c h t . In de niet g e s t o o m d e g r o n d zijn a m m o n i u m en nitriet na resp. 9 en 15 d a g e n o m g e z e t . In d e g e s t o o m d e g r o n d d u u r t d i t a a n m e r k e l i j k langer, als g e v o l g van het feit dat de m i c r o o r g a n i s m e n die a m m o n i u m en nitriet tot nitraat o m -zetten in de g e s t o o m d e g r o n d a a n v a n k e l i j k niet of in o n v o l d o e n d e mate aanwezig z i j n .

Bij d a l i n g van het a m m o n i u m g e h a l t e t r e e d t een f l i n k e

m9 N/ I 0 0 g grond 10

8

6

4

2

0

N-totaal

Fig. 1. De omzetting van ammonium op gestoomde en on-gestoomde grond.

16 24 32 40 aantal dagen na stomen

Fig. 2. De omzetting van nitriet op gestoomde en onge-stoomde grond. mg N/, 10 8 6 4 100 g grond ongestoomd - • « 8 16 24 32 40 N-totaal M — N H / ( w a t e r oplosbaar) m g N/ l 0 0 g g r o n d • . . , N O , 10 r 8 6 4 2 gestoomd - • -x 8 16 24 32 40 aantal dagen na stomen

stijging op van het N-totaalgehalte. Dit als gevolg van het feit dat een groot deel van het ammonium aan het adsorptiecomplex is gebonden en na omzetting tot nitraat in oplossing komt. De hoeveelheid ammonium die aan het adsorptiecomplex is gebonden, hangt af van de hoeveelheid ammonium die in de grond aan-wezig is en van de aard van de grond. Naarmate de grond meer ammonium bevat en een groter adsorptie-complex heeft, zal de hoeveelheid stikstof die tot op-lossing komt door omzetting van adsorptief gebon-den ammonium, groter zijn. Bij een onderzoek op verschillende gronden in het Zuidhollands Glasdis-trict bleek de hoeveelheid uitwisselbaar ammonium twee tot vier maal zo groot te zijn als de hoeveelheid die in het waterextract werd gevonden. Doorgaans was tussen de hoeveelheid in water oplosbaar en uitwisselbaar ammonium een nauw verband aanwe-zig. In figuur 3 is het verband weergegeven voor de grond die in de hiervoor beschreven proef werd ge-bruikt.

In het najaar van 1967 werd op zes bedrijven een on-derzoek begonnen naar de stikstofhuishouding van gestoomde grond. De bedrijven waren op verschil-lende grondsoorten gelegen. Overal werd sla geteeld en werden de normale cultuurmaatregelen, zoals

Fig. 3. Het verband tussen het gehalte (mg N per 100 g droge grond) in water oplosbaar en uitwisselbaar ammo-nium in een zavelgrond.

1 n KCL extract

y=1.90+ 0.30 rs+0.993

doorspoelen en bemesten, verricht. De veranderin-gen in de gehalten aan minerale stikstof werden ge-volgd door de grond regelmatig te bemonsteren. De eerste monstername vond één dag vóór het stomen plaats en de tweede één dag nà het stomen. De be-monstering werd aanvankelijk wekelijks en later met steeds grotere tussenpozen herhaald. Het onderzoek werd na ongeveer 4 maanden beëindigd.

De veranderingen in de gehalten aan minerale stik-stof van de grond na het stomen vertoonden op de verschillende bedrijven eenzelfde tendens. Overal bleek direct na het stomen het nitraatgehalte te zijn gedaald en bleek er nitriet en ammonium te zijn ge-vonden (tabel 1). Onder invloed van het doorspoelen dat na het stomen werd gedaan, daalde het nitraat-gehalte verder. In enkele gevallen vertoonden het ni-triet- en het ammoniumgehalte de eerste tijd na het stomen een stijgende tendens. Aan nitrietstikstof werd op de zes in het onderzoek betrokken bedrijven nooit meer dan IV2 mg en aan ammoniumstikstof (water oplosbaar) nooit meer dan 10 mg per 100 g grond gevonden. Veertig à vijftig dagen na het stomen werd op geen van de bedrijven nog van betekenis zijnde hoeveelheden nitriet of ammonium gevonden. In fi-guur 4 zijn de veranderingen in de gehalten aan

mine-rale stikstof op één van de bedrijven in beeld ge-bracht; de grondsoort op dit bedrijf was humeus zand. De eerste maanden na het stomen heeft in de grond een versnelde afbraak van organisch materiaal plaats. Dit heeft tot gevolg dat gestoomde gronden aan-vankelijk meer stikstof mineraliseren dan niet stoomde gronden. De stikstofmineralisatie van ge-stoomde gronden zal met het verloop van de tijd af-nemen. Zij kan hierdoor een aantal maanden na het stomen juist geringer zijn dan de stikstofmineralisa-tie van niet gestoomde gronden. Dit bleek uit de re-sultaten van een proef waarbij op verschillende grondsoorten, zowel in gestoomde als niet gestoom-de toestand, vier stikstofgiften wergestoom-den vergeleken. De proef werd uitgevoerd in bakken van ongeveer 125 I inhoud. Gedurende verschillende jaren werden sla en tomaten geteeld; bij de slateelt werden per bak

5 6

vijf planten gepoot en bij de tomateteelt twee. In ta-bel 3 is de opbrengst van de sla en de tomaten in 1966 gemiddeld over de grondsoorten weergegeven. In de proef werd tevens nagegaan welke

tomate-Fig. 4. De veranderingen in de gehalten aan minerale stikstof op een gestoomde grond.

m9N/l00g grond 15 N-totaal OA 0.2 NO;

Nty (water oplos-baar)

t l 6 0 t l 0

t t - , 1.0 kg N/are als NO", stomen1 y) kg N/are als NH^+

120 mm water

20 IQ 60 80 100 120

aantal dagen na stomen

planten tengevolge van stikstofgebrek vroegtijdig af-stierven. De bereikte ouderdom van de planten - uit-gedrukt in het aantal dagen na het uitplanten - is eveneens in de tabel opgenomen.

Bij de sla heeft het stomen de opbrengst bij alle stik-stofniveaus verhoogd. Bij de laagste stikstofgiften was echter een grotere opbrengstverhoging aanwe-zig dan bij de hoogste, hetgeen een gevolg zal zijn geweest van een sterkere stikstofmineralisatie op de gestoomde grond. Ook bij de tomaat was als gevolg van het stomen een opbrengstvethoging te verwach-ten; deze werd echter beperkt door de stikstofgift. Alleen bij de hoogste stikstoftrap, waar voldoende stikstof aanwezig was, kwam de hogere opbrengst op de gestoomde grond tot uiting. De stikstofminerali-satie zal op de gestoomde grond snel zijn afgeno-men, waardoor de planten eerder stikstofgebrek ver-toonden dan op de niet gestoomde grond en sneller afstierven. De proef werd 175 dagen na het uitplan-ten van de tomauitplan-ten beëindigd; bij de hoogste stikstof-gift was toen niet alle stikstof verbruikt, zodat daar de bereikte ouderdom van de planten op de gestoom-de en ongestoomgestoom-de grond vrijwel gelijk was.

Stikstofvorm en gewas

Uit de besproken proefresultaten is duidelijk geble-ken, dat na stomen van de grond een verhoogde acti-viteit van nitriet en ammonium mogelijk is. Nitriet is

Tabel 3. De opbrengst van sla en tomaten op gestoomde en ongestoomde grond bij verschillende stikstofniveaus. De bereikte ouderdom van de tomaten is gerekend vanaf het uitplanten.

g N/bak 3.0 10.6 20.4 30.0 Sla kg/100 stuks onbehandeld 11.5 18.6 20.6 19.9 stomen 17.3 22.4 21.9 21.4 Tomaat kg/plant onbehandeld 1.38 2.36 3.28 3.00 stomen 1.26 2.34 3.31 3.60 ouderdom in onbehandeld 130 150 170 172 dagen stomen 111 129 152 174 Tuinbouwmededelingen 32 (1969) 5 (mei) 201

voor de plant giftig, terwijl sommige gewassen even-eens gevoelig zijn voor hoge concentraties ammo-nium in de grond [3]. Op het Proefstation te Naald-wijk werd in enkele proeven de invloed van nitriet en ammonium bij sla nagegaan.

De nadelige invloed van nitriet bij sla bleek duidelijk uit de resultaten van een pottenproef, waarin ver-schillende hoeveelheden nitriet aan de grond werden toegediend. Vergeleken werden hoeveelheden van 0, 40, 80 en 120 mg nitrietstikstof per liter grond als natriumnitriet. In totaal ontvingen alle behandelingen 120 mg stikstof per liter; de overige hoeveelheid stik-stof werd gegeven als natriumnitraat. Bij de behan-delingen met nitriet gingen de bladeren van de sla-planten aanvankelijk slap (afb. 1) en bij de hoogste nitrietgiften ging ongeveer 75 % van de planten dood. De overige planten herstelden slechts langzaam van de vergiftiging en bleven sterk achter in groei, on-danks het feit dat het nitriet in de grond vrij snel werd omgezet tot nitraat. Het kropgewicht bij de verschil-lende behandelingen is in tabel 4 weergegeven. In proeven waarin ammonium en nitraat bij sla wer-den vergeleken, werwer-den in het algemeen geen grote verschillen gevonden. Mogelijk is de invloed van

am-Afb. 1. Nitrietvergiftiging bij sla.

Tabel 4. Het kropgewicht van sla bij verschillende nitriet-giften.

mg N per liter grond

als Na N 03 als 120 0 80 40 40 80 0 120 MaN02 kg/100 stuks 12,8 10,2 3,2 2,0

monium op de groei van een gewas afhankelijk van de omstandigheden in de grond. Zo werd door Tiedjens en Robbins [8] voor verschillende gewassen gevon-den, dat de invloed van ammonium afhankelijk is van de pH. Uit enkele proeven op het Proefstation te Naaldwijk werd de indruk verkregen, dat bij sla de klimatologische omstandigheden een rol spelen. Het onderzoek hiernaar wordt voortgezet.

Samenvatting en discussie

Het partieel steriliseren van grond heeft vrij grote in-vloed op de stikstofhuishouding. Bij het stomen kun-nen in de grond zowel ammonium als nitriet worden gevormd. Deze verbindingen kunnen na het stomen enige tijd in de grond aanwezig blijven, doordat de micro-organismen die ammonium en nitriet tot nitraat omzetten grotendeels zijn gedood.

Bij een onderzoek op verschillende tuinbouwbedrij-ven is gevonden, dat na veertig à vijftig dagen geen van betekenis zijnde hoeveelheid ammonium of ni-triet meer in de grond aanwezig was. De micro-orga-nismen die ammonium en nitriet tot nitraat omzetten, zijn na het stomen blijkbaar weer vrij snel in voldoen-de mate aanwezig. Mogelijk is het spoelen na het sto-men, dat op alle in het onderzoek betrokken bedrijven werd gedaan, hierop van invloed geweest. Nederpel

[4] heeft namelijk in een onderzoek gevonden, dat het aantal nitrificerende bacteriën in een gestoomde grond veel sneller toenam als deze na het stomen was doorgespoeld.

Tot nu toe is na het stomen niet meer dan IV2 mg nitrietstikstof per 100 g grond gevonden. Deze hoe-veelheid is niet zodanig groot dat zij schadelijk voor de plant moet worden geacht. Onze ervaringen zijn echter nog beperkt en het is niet onmogelijk dat na . het stomen onder bepaalde omstandigheden meer

nitriet wordt gevormd en wel in hoeveelheden die na-delig zijn voor de plantegroei. Uit proeven is gebleken dat nitriet voor sla zeer giftig is.

Ammonium is in de concentraties die na het stomen in de grond worden gevonden, waarschijnlijk niet na-delig voor sla. In verschillende proeven met dit ge-was kon bij vergelijking met nitraat namelijk geen duidelijk nadelige invloed van ammonium worden aangetoond.

Literatuur

. 1. Dawson, J. R., Johnson, R. A. H., Adams, P. and Last, F. T.: Influence of staem/air mixtures, when used for

heat-ing soil, on biological and chemical proporties that affect seedling growth.

Ann. Appl. Biol. 56, (1965): 243-251.

2. Dekker, P. A. den en Dijk, P. A.: Analyse methoden in

gebruik op het bodemkundig laboratorium van het Proef-station voor de Groente- en Fruitteelt onder Glas te Naald-wijk (niet gepubliceerd).

3. Maynard, D. N., Barker, A. V. and Lachman, W. H.:

Ammonium-induced stem and leaf lesions of tomato plant.

Proc. Amer. Soc. Hort. Sei. 88 (1966): 516-520.

4. Nederpel, L. G.: Ontwikkeling van het bacterieleven in

de grond na stomen.

Verslag Proefstation Naaldwijk 1968 (niet gepubliceerd). 5. Schreven, D. A. van: Stikstofomloop en stikstofanalyse

voor het schatten van de stikstofbehoefte.

Meded. Dir. Tuinbouw 19, (1956): 641-655.

6. Sonneveld, C : De invloed van het drogen en bewaren

op het gehalte in water oplosbare stikstof van grondmon-sters.

Verslag Proefstation Naaldwijk 1963 (niet gepubliceerd). 7. Stojanovic, B. J. and Broadbent, F. E.: Recovery of

am-monium nitrogen from soils.

Soil Sei. 90, (1960): 93-97.

8. Tiedjens, V. A. and Robbins W. R.: The use of ammonia

and nitrate nitrogen by certain crop plants.

N. J. Agr. Exp. St. Bui. 526.

Summary

The effect of steam sterilization of the soil on its nitrogen metabolism - C. Sonneveld, Research Sta-tion for Fruit and Vegetable Growing under Glass, Naaldwijk.

Partial sterilization of the soil quite considerably effect its nitrogen metabolism. Steam sterilization may produce ammonium as well as nitrite in the soil. These chemicals can remain in the soil for some time because the micro organisms which convert ammo-nium and nitrite into nitrate have largely been des-troyed.

Investigations on different horticultural holdings have revealed that after 40 or 50 days practically no ammonium or nitrite is left in the soil. The micro organisms which convert ammonium and nitrite into nitrate after steaming apparently quite soon available in sufficient quantities again. Soil leaching which on all holdings took place after steaming, may have influenced this. Experimentally it has been found that the number of nitrifying bacteria in steamed soil more rapidly develop, if after steaming the soil has been leached.

Hitherto not more than IV2 mg nitrite nitrogen per 100 g soil has been found. This quantity is not large enough to be harmful to the plant. Our experience however are still limited and it is possible that under certain conditions more nitrite is found after steaming in quantities which may be detrimental to the vege-tation. Experiments have shown that nitrite is highly poisonous for lettuce. Ammonium is, in the concen-tration found in the soil after steaming, probably not detrimental to lettuce. In different experiments with this crops, no practically harmful influence of am-monium could be found as compared, with nitrate.