HERLEWINGSLANDBOU
Boere wêreldwyd omarm herlewingslandbou toenemend. ’n Kenner kyk na die boustene van natuurlike stelsels, en hoe dit ordelik opgebou kan word ná jare lange aftakeling van landbougrond.
Chemies gedrewe produksietegnieke het deur die jare die verskaffing van die natuur se hulpbronne as voorkeurbenadering vervang. In die moderne landbou val die klem egter ál meer op herlewingsbeginsels, maar ’n mens kan nie blindelings wegspring nie: Verstaan eers die boublokke van die hulpbronne.
Dit is ’n eeue oue vraag: Hoe kry die natuur dit reg om só oorvloedig in die behoeftes van die natuurlike woude en grasvelde te voorsien en hoekom word soortgelyke beginsels nie in landbouproduksiestelsels geïnkorporeer nie? Hoekom vind dit nie op ’n groot skaal plaas nie?
Ons weet dit is die grondslag vir herlewingslandbou wat reeds deur baie boere oor die wêreld heen omarm word. Dit het ’n nuwe beweging binne die moderne landbou van stapel gestuur wat al hoe meer steun begin kry en teen ’n aansienlike tempo groei.
Die eerste vraagstuk kom in dié rubriek aan die beurt: Hoekom word die oorvloedig beskikbare hulpbronne wat die natuur gebruik om die natuurlike plantegroei en alle lewende dinge te onderhou, nie in kommersiële gewas- en diereproduksie benut nie? Die antwoord vereis ’n kykie na die boublokke van lewende dinge, die komponente waaruit hulle bestaan en hoe hulle saamgestel word.
Alle lewende dinge, van die kleinste mikrobe tot mense, bevat die volgende basiese elemente – C, H, O, N, P, K, Ca, Mg,
S, Cl, Na, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Ni. Dit is die noodsaaklike voedingstowwe vir plantgroei. Baie wetenskaplikes sluit ook die volgende elemente van plante in – Se, Cr, Co, Ti, Sr, Sn, As, Ba, Ag en Zr. Dit bring die aantal elemente op 28 te staan, en hulle word gegroepeer in minerale wat in makro-, mikro- en nano-hoeveelhede benodig word.
Daar is baie gerespekteerde wetenskaplikes, soos dr. David Johnson van die Universiteit van Nieu-Mexiko, wat dié getal elemente op 87 stel. Vir die doeleindes van hierdie artikel word die getal op 28 gehou.
Daar sal gekyk word na wat die gevolge vir plant-, diere- en menslike gesondheid is sou hierdie voedingstowwe vereis word en konvensionele gewasproduksiestelsel gebruik word.
Waar kry plante hierdie elemente wat die boublokke is in die natuur se verskaffingsmodel vir woude, graslande en ander natuurgebiede?
ELEMENTE UIT DIE ATMOSFEER
Suurstof (O, 65%), waterstof (H, 10%), koolstof (C, 18%) en stikstof (N, 3%) verteenwoordig sowat 96% van die totale minerale wat lewende selle bevat. Waterstof en suurstof kom uit die atmosfeer as
waterdamp, en reën as H2O. In die natuur kom stikstof uit die atmosfeer (meer daaroor later).
Die feit dat die atmosfeer uit 78% stikstofgas bestaan, pas in by die natuur se voorsieningsmodel.
Indien ons grond volledig ontleed met gebruik van die metodes van totale voedingselementvertering wat die totale minerale-elemente verteenwoordig, wat nie net die voedingstowwe in suspensie of dié wat aan die katioon-uitruilpunte vaskleef nie, ontleed (soos in chemiese grondontledings) kry ons ’n heeltemal ander prentjie van die werklike mineraalinhoud. Hierdie minerale is in die vaste “klipvorm”, maar wel potensieel beskikbaar.
Werk wat dr. Donald Sparks van die Universiteit van Delaware gedoen het oor die bepaling van ’n gemiddelde vir grond wêreldwyd word ondersteun deur werk wat tans deur mnr. Gabe Brown vir General Mills in Noord-Dakota en Kanada gedoen word.
Die natuur het geweldige hoeveelhede minerale voedingstowwe tot sy beskikking, maar in ’n ontoeganklike vaste vorm, asook as atmosferiese minerale in gasvorm. En die natuurlik stel sy groeimodel saam met lewe – mikrobiese lewe.
Dit is belangrik om te verstaan dat alle lewende spesies ’n interafhanklike verhouding met mikrobiese lewe het, tot só ’n mate dat bereken word dat ’n mens uit sowat 100 triljoen selle bestaan waarvan 90 miljoen mikrobes is wat in wedersydse afhanklikheid met menslike selle leef. Hierdie wedersydse afhanklikheid vorm die basis van die onderhoud van plant-, diere- en menslike gesondheid.
DIE NATUUR SE MODEL
Koolstof (C), waterstof (H) en suurstof (O). Die proses van fotosintese deur die absorpsie van CO2 met gebruik van sonenergie sorg vir die koolstof en deels die suurstof tydens die bouproses van koolhidrate. Wateropname deur die wortels sorg vir die waterstof en die res van die suurstof. Tydens fotosintese keer twee derdes van die suurstof terug na die atmosfeer.
Stikstof is waarskynlik die moeilikste element om te verstaan omdat dit potensieel van twee bronne kom: die atmosfeer en die grond. Die atmosfeer bevat 78% N2 (stikstofgas), ’n edelgas met ’n sterk trippel- molekulêre binding. Grond bevat ook sowat 2 000 tot 5 000 dele per miljoen (DPM) organiese stikstof, soos in die TABEL gesien kan word.
Atmosferiese stikstofgas word deur ’n reduktiewe biochemiese proses in ’n organiese molekule, naamlik ammoniak, vasgelê. Die eerste stap in hierdie proses geskied in die teenwoordigheid van die ensiem nitrogenase en word deur ’n gespesialiseerde groep bakterieë bekend as diasotrowe voortgehelp. Hierdie proses is dieselfde as wanneer die vaslegging geskied deur rhizobium-bakterieë wat saam met peulplante voorkom, of deur vrylewende stikstofbindende bakterieë wat saam met grasse of ander plantspesies voorkom.
Die volgende stap is die binding van die ammoniak met organiese sure om aminosure tot vorm, wat die boublokke van proteïene is. Dit is belangrik om te verstaan dat die aminosure as plant- of bakteriese voedsel in die voedingstofpoel in die risosfeer verskaf word. In grondgesondheidterme word dit “waterontrekbare organiese stikstof” genoem. Plante, asook mikrobes, absorbeer hierdie aminosure as die voorloper-boublokke van proteïene.
Daar is sterk bewyse dat die vraag na stikstof, asook alle ander voedingstowwe wat ’n plant benodig, gereguleer word deur seinstelsels tussen die plant, bakterieë en swamme in ’n nou verbonde en aaneengeskakelde stelsel. Dit behels dat seine vanaf die plant, wat ’n sekere hoeveelheid stikstof benodig, aan die wortels gestuur word waar die stikstofbindende bakterieë binne die risosfeer as vrylewend of in wortelknoppies in peulplante voorkom.
Daar is ook die suikers aanwesig wat hierdie groep mikrobes voed sodat hul getalle sal vermeerder tot daar genoeg van hulle is om ’n stikstoffikseringsdiens te verskaf deur dié atmosferiese stikstof wat in aminosure ingebou word, soos reeds beskryf.
Sodra die take voltooi is, word die voedselbron onttrek en die oortollige mikrobes raak ’n voedselbron vir protosoë en nematodes laer teen die predasievlak af, asook ander mikro-organismes hoër op in die predasie-orde. Tydens hierdie predasie word nog voedingstowwe van alle soorte in die voedingstofpoel in die wortelrisosfeer vrygestel.
Dit is vir verbruik deur die plant asook deur nuwe opwellings van diverse mikrobiese lewe wat aanwesig is om ander onderhoudstake ten opsigte van grondgesondheid en plantbeskerming uit te voer.
Mikrobiese gemeenskappe binne ’n natuurlike stelsel moet dus uiters divers wees, veral as die begrip van spanwerk binne mikrobiese gemeenskappe in ag geneem word. Dit vereis soms ’n span van verskillende mikrobiese gemeenskappe om ’n taak te voltooi.
Die behoud van hierdie gemeenskappe kan dus slegs verseker word deur ’n diversiteit van plante, met elke plantspesie verantwoor
delik vir die voeding van ’n ander groep as gevolg van die verskillende eienskappe van sy wortelmikrobes.
VOEDINGSTOFBRONNE VAN EKSTERNE ORGANIESE MATERIAAL
Organiese reste soos blare en ander ontbindende plantmateriaal dra ook tot die voedingstofpoel by wanneer die komplekse koolstofhidraatmolekules van sellulose, lignien en proteïene mikrobies afgebreek word tot suikers, aminosure en hul boublokke.
Daar is ’n groep swamme bekend as mikorisa wat ’n baie belangrike funksie in die natuur verrig. Daar is sowat 260 bekende mikorisa-spesies wat aan sewe families behoort, en daar is beslis baie ander wat nog nie geïdentifiseer is nie. Dit is ook bekend dat hulle hul funksies verrig deur in spanne van twee of meer te werk, asook saam met bakterieë bekend as mikorisa-helperbakterieë (MHB). Hierdie mikorisa-spesies is volkome van plante afhanklik vir hul voedsel deur die worteleksudaatsone. Een groep, bekend as die vesikulêre-arbuskulêre mikorisa (VAM), vorm aanhangsels bekend as arbuskules by die wortels van gasheerplante. ’n Ander groep, bekend as ektomikorisa, vorm kolonies rondom die wortelpunt binne die risosfeer.
Die swamdrade van die mikorisa dien as wortelverlengings en voeg kilometers bykomende wortelvervoernetwerke by die gasheerplant by. Hulle is ook ’n fraksie van die dikte van ’n wortelhaar en kan die fynste krakies binnedring om voedingstowwe en water vir die gasheerplant te verkry. Wortels kan nie hierdie mikroporieë binnedring waar grondvog beskikbaar, maar nie bereikbaar is nie.
Selfs wanneer verwelkingspunt tegnies reeds bereik is, kan die swamdrade van mikorisa steeds water vir die gasheerplant onttrek.
VERBINDING TUSSEN PLANTE EN GRONDMINERAALKOMPONENTE
Die verbinding van die gasheerplant met die minerale in die grond deur mikorisa wat aan die wortels vasheg of daarmee geassosieer word, is waarskynlik die belangrikste manier waarop die natuur die minerale in die grond aan die gasheerplant voorsien.
Hierdie verbinding, wat ook as die plant-wortel-grond-internethoofweg bekend staan, dra boodskappe tussen die plant en sy wortels, en dien ook as die kanaal waardeur minerale op ’n ordelike manier deur die swamdrade na die wortels oorgedra word. Die swamdrade verbind ook plante binne ’n gemeenskap van dieselfde en verskillende spesies met mekaar, en vorm só ’n interplant-kommunikasiestelsel.
Dit is ’n baie interessante onderwerp waaroor heelwat navorsing tans gedoen word. Dit bevestig onder meer dat nuus oor ’n aanval deur ’n insek of iets anders op een plant regdeur die gemeenskap versprei sodat ander gemeenskapslede hul natuurlike verdedigingsmeganismes gereed kry in afwagting op die aanvalle.
Swamdrade groei regdeur die grondprofiel en strek baie verder as die gasheerplant se wortelstelsel. Dit kom in kontak met baie mineraalryke gebiede waar die verskillende elemente wat die plant benodig, volop is, hoewel in vaste, onoplosbare vorm.
Sou die gasheerplant enige mineraal benodig waartoe die mikorisa toegang het, sal ’n sein deur die netwerk van swamdrade na die plek gestuur word, waar helperbakterieë die voedingstof uit sy vaste vorm sal oplos en die vereiste hoeveelheid terug deur die swamdrade na die wortel vervoer, waar die gasheerplant dit soos benodig tydens spesifieke groeisiklusse sal gebruik. Swamdrade skei ook oksaalsuur, een van die sterkste organiese sure, af, wat hulle toelaat om hul pad deur soliede graniet te boor. Langs die pad versamel hulle basiese voedingstowwe.
Tydens verlenging van die swamdrade word glomalien, ’n uiters gekonsentreerde organiese koolstofverbinding met ’n koolstofinhoud van meer as 30%, as deel van die swammembraan vasgelê. Glomalien is ’n baie stabiele, weerspannige glikoproteïen. Dit is ’n gomagtige molekule wat gronddeeltjies kan bind en die stabiliteit van grondaggregasie bevorder soos segmente van die swamdrade verouder en disfunksioneel raak.
Dié wedersyds voordelige verhouding verskaf nie net voedingstowwe aan die gasheerplant nie, maar onderhou ook ander grondfunksies, soos indringing en waterhouvermoë deur die aggregasie van gronddeeltjies.
Die belang van hierdie voedingstofvoorsieningstelsel deur mikorisa en die verbinding daarvan met die minerale in die grond kan nie genoeg benadruk word nie. Dit vorm ’n stelsel wat natuurlik vir voldoende hoeveelhede van die vereiste voedingstof selekteer.
UITWERKING OP DIE GESONDHEID VANPLANTE,DIEREENMENSE
In landbouproduksiestelsels waar hierdie mikorisale verbindings afwesig is, soos by die meeste konvensionele, chemies gedrewe praktyke, is plantwortels afhanklik van elemente wat in plantbeskikbare vorm in die grondoplossing aanwesig is en waarmee die baie beperkte worteloppervlak in kontak kom.
Die seinstelsel is baie verswak en wortels kan net minerale absorbeer wanneer dit in die omgewing van ’n wortel beskikbaar raak. Dit is gewoonlik minerale afkomstig van toegediende misstowwe of minerale in die grondoplossing wat uit die natuurlike grondminerale opgelos het by pH-vlakke wat hierdie minerale deur chemiese werking oplos.
Die dryfkrag in konvensionele stelsels, waar mikrobiologie grootliks afwesig is of nie in aanmerking geneem word, is dus pH. Die
baie belangrike maar nie-bekende mikro- en nanovoedingstowwe wat nodig is vir gesondheid is dus nie geredelik beskikbaar nie en word dus nie opgeneem nie. Daar ontstaan dus ’n tekort daaraan in die voedselketting.
Wat ontstellend is, is dat die meeste nuwe mielies, koring, sojabone en die meeste ander kommersieel verboude gewasse in teelprogramme geselekteer word om dié tekorte onbewustelik te akkommodeer en hoofsaaklik geselekteer word vir opbrengs by toenemend hoër N-, P- en K- bemestingregimes met toenemend nouer mikro- en nanovoedingstofvereistes. Die gewasse uit sulke teelprogramme is dus minder mineraalvoedingstofdig, met meer grootmaatkoolhidrate wat die opbrengskonep ondersteun en ’n voedingstofverdunningseffek teweegbring.
VOORDELE VAN RISOFAGIE-SIKLUS
Risofagie is nog ’n natuurlike, mikrobies ondersteunde voedingstofvoorsieningstelsel wat onlangs in fyn besonderhede deur dr. James White van die Rutgers-universiteit beskryf is as ’n meganisme vir die vervoer van voedingstowwe uit simbiotiese mikrobes (bakterieë en swamme) na die wortels van gasheerplante. Dit word die “risofagie-siklus” genoem.
In dié siklus wissel mikrobes tussen ’n endofitiese fase binne die wortelselle en ’n vrylewende fase in die grond buite die wortel. Mikrobes verkry voedingstowwe uit die grond tydens die vrylewende grondfase binne die risosfeer (soos reeds beskryf) en gaan dan die meristeemselle in die wortelpunt binne as volledige bakterieselle. Hulle raak dan endofities, en maak hulle tuis in die periplasmiese ruimtes tussen die selwand en plasmamembraan.
Voedingstowwe in hierdie bakterieselle word dan onttrek deur blootstelling aan reaktiewe suurstof wat die gasheer tydens die intrasellulêre endofitiese fase produseer. Dit breek die bakterieë se selwande af.
White het bevind dat die simbiotiese mikrobes aanvanklik op die risovlak in die geëksudeerde sone aangrensend aan die wortelmeristeem buite die wortel groei. Binne die wortelpunt word die bakterieselle binne die periplasmatiese ruimtes van wortelselle aangetref. Hulle word dan na selwandlose protoplast-vorms omgeskakel omdat afbreking van die selwande deur die reaktiewe suurstof voedingstowwe doeltreffend aan die mikrobes onttrek.
Die oorlewende bakterieë in die epidermale selle van die wortel sit wortelhaarverlening aan die gang. Namate die hare langer raak, gaan bakterieë by die wortelpunt uit, hervorm hul selwande en selvorms soos hulle in die risosfeer verskyn waar hulle bykomende voedingstowwe kan verkry, en só begin die siklus begin van voor af. Daar is bevind dat die risofagie-siklus voordelig vir N, P en K asook die meeste makroen mikrovoedingstowwe is.
OORVLOEDE BOUSTENE TEENWOORDIG
Uit voorafgaande beskrywing van hoe natuurlike stelsels soos woude, grasvelde en ander wilde ekostelsels oorleef, floreer en vermenigvuldig, is dit duidelik dat natuurlike hulpbronne wat die boustene vir die fisiese struktuur van alle lewende dinge verskaf, in oorvloed teenwoordig is.
Die proses om hierdie boustene op ’n baie ordelike manier byeen te sit om gesonde plante en diere te produseer en te onderhou waarop mense uiteindelik voed, is ’n ingewikkelde proses. Dit het ’n omvattende studieveld bekend as biologie geword, waaruit die landbouwetenskappe ontwikkel het.
Plante verkeer in ’n simbiotiese verhouding met grondmikrobes in die risofagie-siklus. Mikorisale verhoudings, asook ander soorte mikrobiese endofiete, hou baie voordele vir oesgewasse in. Hierdie mikrobiese verhoudings verhoog plante se weerstand teen oksidatiewe stres, wat die gewasse meer gehard en weerstandig teen uiterste klimaatstoestande (hitte, koue en droogte), asook ander stresfaktore soos soutgehalte, swaarmetale en patogene maak.
Gewasverbouing, as ’n dissipline binne die landbouwetenskappe, is die wetenskaplike kennis, praktyke en begrip van die verbouing, bestuur, verwerking en produksie van gewasse en hoe wetenskaplike beginsels op elkeen toegepas kan word. Ongelukkig het hierdie wetenskaplike dissipline, hetsy dit die studie van rygewasse bekend as akkerbou of meerjarige bome en wingerdgewasse bekend as tuinbou is, eerder chemie as molekulêre biologie omarm in sy strewe om produksiepraktyke te verbeter. Die gevolg is dat daar toenemend wegbeweeg word van voorsiening deur natuurlike hulpbronne, en dit vervang word met produksietegnieke wat chemies gedrewe is en wat deur reduktiewe navorsingstudies gesteun word.
Die gevolge van hierdie verontagsaming van die natuur word al hoe duideliker gesien in die toename in gronderosie, grondverdigting, verlies aan organiese koolstof in die grond en die produksie van gewasse van negeerbare voedingsgehalte, hoewel met reuseopbrengste.
Mnr. Willie Pretorius is verbonde aan Ward Laboratories in Kearny, Nebraska, in die Amerikaanse Midde-Weste, en het die konsultasiemaatskappy Soil Health Solutions in die Wes-Kaap besit. Met dank aan dr. David C. Johnson, senior navorsingswetenskaplike aan die instituut vir molekulêre biologie vir volhoubare landbou, aan die Nieu-Mexikostaatsuniversiteit en prof. James F. White by die departement van plantbiologie aan die Rutgers-universiteit, New Brunswick, New Jersey.