In dit artikel onderzoeken we welke chemische processen die van invloed zijn op het welzijn van gewassen er rond de plantenwortels plaatsvinden. Om deze vraag te beantwoorden moeten we eerst kijken naar de verschillende processen die plaatsvinden in natuurlijke groeimedia in het algemeen. Als we deze processen eenmaal goed in beeld hebben, kunnen we ook begrijpen wat er in de wortelzone gebeurt.

Chemische processen in verschillende soorten substraat

Laten we beginnen met een onderscheid te maken tussen groeimedia die zijn samengesteld uit natuurlijke materialen en inerte groeimedia.

Organische substraten

In substraten die zijn samengesteld uit organische materialen vinden continu chemische processen plaats.

Chemische processen vinden continu plaats in substraten die zijn samengesteld uit organische materialen. Er is een constante uitwisseling van voedingsstoffen en andere chemische elementen tussen de plantenwortels en de deeltjes in het substraat. Door de natuurlijke componenten in de substraatmix verlopen de uitwisseling soepel en stabiel. Organische grondstoffen werken als een buffer in de uitwisseling van ionen, wat helpt bij het verminderen van grote fluctuaties en uiteindelijk het verminderen van stress.

Inerte groeimedia

Chemische processen verlopen anders in inerte groeimedia. Steenwol, op plastic gebaseerde media of minerale componenten zoals perliet worden allemaal beschouwd als non-organische media. De chemische interactie tussen het substraat en de plantenwortels is hierbij op een lager niveau dan bij organische substraten. Inerte groeimedia zijn bijna uitsluitend gericht op fysieke ondersteuning, niet op andere belangrijke aspecten.

Dit betekent dat nutriëntenbeheer en pH volledig worden gestuurd door middel van fertigatie en dat het bufferende effect van het substraat nihil is. Verandering van waterkwaliteit, wijziging van de pH of van de samenstelling van de voedingsoplossing, maar ook een veranderend opnamepatroon van de planten leiden tot directe veranderingen in het wortelmilieu.

Nu we dit onder de knie hebben, zoomen we in op de processen die plaatsvinden binnen organische groeimedia.

Buffercapaciteiten van natuurlijke groeimedia

Substraten die zijn samengesteld uit natuurlijke grondstoffen zoals veen of veenmos zorgen ervoor dat waardevolle voedingsstoffen kunnen worden opgeslagen. Ze bieden ook een pH-buffer die een balancerende factor is voor een optimale en constante opname van voedingsstoffen.

Om de processen die plaatsvinden in de wortelzones echt te begrijpen, moeten we ze van dichterbij bekijken. We kunnen zogenaamde “ion-uitwisselingsplaatsen” in het substraat identificeren. Deze uitwisselingssites zijn als “parkeerplaatsen” waaraan ionen zijn verbonden.

Organische substraten zijn rijk aan aminozuren zoals huminezuren en fulvinezuren. Deze organische zuren hebben de eigenschap dat ze H⁺ ionen kunnen opnemen of afstaan. Daarmee hebben ze een bufferende werking op de pH van hert substraat en daarmee een directe invloed op de beschikbaarheid van voedingselementen.

Wanneer een van de essentiële voedingsionen nodig is voor het metabolisme van de plant, creëert het wortelsysteem hiervoor een sink en zullen de voedingsionen middels diffusie worden aangetrokken.

Bij opname van een voedingselement zal de plant de planteigen chemische balans telkens proberen te herstellen. Bij opname van een kation (positief geladen) zal de plant hiervoor een H⁺ ion uitwisselen. De pH van het substraat wordt daardoor verlaagd. Daarentegen zal bij opname van een anion (negatief geladen) ook een H⁺ worden opgenomen, of een OH^– worden afgestaan. Dit heeft een pH stijging van het substraat tot gevolg.

Om deze reden is het oppervlak van het wortelsysteem erg belangrijk voor de chemische processen, omdat het de uitwisseling van ionen tussen planten, voedingsoplossing (via met water gevulde poriën) en substraatdeeltjes (via uitwisselingsplaatsen) vergroot.

In de substraten van BVB Substrates kan deze eigenschap perfect worden afgestemd op de behoefte van het gewas.

Wat is substraatzuurgraad?

Een belangrijk ding om te begrijpen is dat de pH van een substraat eigenlijk de pH is van het vocht in het substraat. De pH (potentiële Hydrogenii) wordt bepaald door de concentratie van waterstofionen (H⁺) in het vocht in het substraat.

Door toevoeging van dolomietkalksteen (Calcium Magnesium Carbonaat) kan de pH-waarde van het substraat worden aangepast. Hierdoor stijgt de pH-waarde. Dit wordt veroorzaakt door de manier waarop Ca²⁺ en Mg²⁺ zich binden aan uitwisselingssites. Hierdoor worden de zure H⁺ elementen geneutraliseerd en wordt de pH in het wortelmilieu verhoogd.

Water alkaliteit?

Waterkwaliteit en hardheid hebben een grote invloed op de pH.

Het vermogen van vocht om weerstand te bieden aan veranderingen in de pH door toevoeging van zuur wordt alkaliteit genoemd. Dit wordt bepaald door het aantal carbonaten (CO₃^2-), bicarbonaat (HC0₃^– ) en hydroxide-ionen (OH^–) in de oplossing.

pH-bufferend vermogen

Verschillende biologische grondstoffen bieden verschillende pH-buffers. Een pH-buffer betekent dat de grondstoffen de pH-veranderingen verminderen, waardoor een stabielere opname van voedingsstoffen mogelijk wordt.

Als de pH stijgt (wat betekent dat H⁺ dat aanwezig was in het vocht wordt gebonden of geabsorbeerd), zal de substraatbuffer H⁺ vrijgeven om de daling te compenseren, waardoor fluctuaties worden verminderd en de pH-waarde wordt opgevangen.

De grootte van de pH-buffer van een substraat is een maat voor de hoeveelheid H+ opname of afgifte voor een pH daling of stijging van 1 punt. Daarmee geeft een grotere pH buffer een stabielere pH van het substraat.

Kationuitwisselingscapaciteit

De Cation Exchange Capacity, of CEC, is een maat voor het vermogen van het substraat om kationen aan de plant toe te voeren en te reguleren. Een kation is een positief geladen element. Het is belangrijk om te begrijpen dat al deze chemische processen en de uitwisseling van kationen en elementen voortdurend aan de gang zijn. Deze processen helpen een evenwicht te behouden tussen de voedingsstoffen die aanwezig zijn in het toegediende gietwater, het substraat en de planten.

Binnen natuurlijke groeimedia kan de CEC ook worden aangepast aan de behoeften van de plant.

Hoe zit het nu met die wortelzone?

Dus laten we teruggaan naar de titel van dit artikel en kijken wat er gebeurt in de wortelzone! Je planten nemen de voedingsstoffen die ze nodig hebben op via hun wortelstelsel. Dit heeft invloed op de gehele rootzone-omgeving.

Door de opname van elementen wordt ook de pH van het wortelmilieu beïnvloed. Als de planten kationen (positief geladen elementen) opnemen, komt er H⁺ vrij. Zoals we in de paragrafen hierboven hebben gezien, zal dit op zijn beurt de zuurgraad van het substraat verhogen en dus de pH-waarde verlagen.

Als een plant op zijn beurt negatief geladen elementen (anionen) opneemt, komt er OH^– vrij. Dit verlaagt de zuurgraad en verhoogt de pH-waarde.

Als het substraat een goede voedings- en pH-buffer biedt, zal het deze effecten dempen, waardoor een stabielere pH-waarde ontstaat.

Zoals je wellicht begrijpt is het belangrijk om hier rekening mee te houden bij het samenstellen van je voedingsprogramma. Verschillende groeifasen van uw gewas vragen om aanpassingen in de voeding, vanwege wisselende plantbehoeften. Een goede balans tussen anionen en kationen is echter belangrijk om de pH stabiel te houden.

Houd de belangrijkste stuurbare elementen in de gaten

Zorg bij het samenstellen van je voedingsprogramma voor een goede balans tussen Nitraat (NO3^–) en Ammonium (NH4⁺). Evenals een balans tussen Kalium en Magnesium.

Kalium en ammonium worden door de planten veel gemakkelijk opgenomen dan Magnesium en Calcium. Bij een overaanbod van kalium kan daardoor gemakkelijk een gebrek aan magnesium of calcium ontstaan. Magnesiumchlorose heeft ook weer een invloed op de stikstofopname.

Kalium wordt in grotere hoeveelheden gegeven tijdens de generatieve stadia (bloei en vruchtvorming). Wanneer planten kalium opnemen, en de plant dus H+ uitwisselt kan dit leiden tot pH daling.

In inerte groeimedia of bij substraten met een kleine pH-buffer kan verhoogde opname van bepaalde voedingselementen voor sterke fluctuatie van de pH leiden welke op zijn beurt weer een sterke invloed kan hebben op de beschikbaarheid van bijvoorbeeld spoorelementen.

Hoe krijg je ultieme controle over je gewas?

Dit alles betekent dat planten voedingsstoffen opnemen in verhouding tot de beschikbaarheid. Planten weten niet of het zaterdag is of dat het vakantieseizoen is, ze reageren op de huidige omstandigheden en de beschikbare omgeving.

Door voedingsstoffen, energie- en wateropname correct in balans te houden en te zorgen voor een goede pH buffer creëer je de beste omstandigheden voor het gewas om goed te gedijen. Daarnaast is het van belang de planten hun voedingsstoffen en water op het juiste moment, wanneer de plant deze daadwerkelijk nodig heeft, aan te bieden.

Het gebruik van organisch substraat kan de teelt dus een letterlijke buffer geven. Door op maat gemaakt substraat te gebruiken kunnen we echter nog een stapje verder gaan en ervoor zorgen dat het substraat en de lokale omstandigheden op jouw teeltlocatie samenwerken. Door al deze facetten goed op elkaar af te stemmen kun je de groei en ontwikkeling van de teelt maximaliseren.

Aarzel niet contact op te nemen met onze experts voor advies hierover, of wanneer je meer wilt weten over op maat gemaakt substraat voor jouw bedrijf.

Leer meer over factoren die de gezondheid van de teelt beïnvloeden in deze gerelateerde artikelen:

• Optimale prestaties in substraat
• Grondloos substraat voor bladgroenten in hydrocultuursystemen
• Micro-organismen in substraat