Bodem aquariumplanten

Leestijd 5 minuten / Laatst gewijzigd 10 mei 2024 / Auteur Ruud de Keijzer

Weinig aspecten aan de hobby waar het kennisniveau onder hobbyisten zo laag en zo gekleurd is als dat van de bodem. Zo zou de bodem niet te hoog mogen zijn of uit te fijne korrels bestaan. Als je de bodem verstoort, zal er gevaarlijk gas kunnen ontsnappen. Planten zouden een speciale bodem nodig moeten hebben om te kunnen groeien.

Afijn, in dit artikel laat ik mijn licht schijnen op de zin en onzin van bodems en houd ik een kort pleidooi voor ‘levenloos zand’.

Aquarium bodem voor planten

Op school leren we dat planten hun voeding via de wortels uit de bodem halen. De voeding bestaat uit mineralen zoals nitraat, kalium, fosfaat, magnesium, calcium en ijzer. Deze mineralen kunnen binden met organisch stof en met behulp van microben (bacteriën, archaea en schimmels) vrij worden gemaakt voor planten, die op hun beurt de microben voeden met zuurstof. 

In een aquarium zien we dit ook terug en dat maakt met name het voeden van planten erg makkelijk. Mineralen kunnen namelijk reageren en daarmee niet beschikbaar zijn voor opname door planten. Microben maken dit weer ongedaan. 

Die microben ontstaan vanzelf. Net als de mineralen overigens. Althans, die komen niet uit de lucht vallen, maar kraanwater bevat minerale. Mineralen komen vrij uit natuurlijk afbraak van organisch materiaal in het aquarium. En plantenvoeding bestaat uit mineralen.

Waar mineralen in het aquarium terecht komt, maakt bar weinig uit. Veel aannames in de hobby zijn te herleiden uit landbouw. Maar een aquarium is geen landbouwgrond. Twee belangrijke verschillen:

  • De grond in een aquarium is heel dun. Een centimeter of 5 of 10 stelt natuurlijk bar weinig voor.
  • Onder deze laag zit een glasplaat. De beweging van water door het substraat
  • Een aquarium zit vol met water. 

Gemixte bodems

In de hobby worden verschillende bodems aangeboden. Deeze bodems hebben verschillende eigenschappen, maar de noodzaak van de eigenschappen is zeer discutabel.

Biochemie van bodems

Beplante bodems


Anoxie en schadelijke metabolieten, kenmerkend voor wetland bodems, maken hun studie fascinerend. Aquariumplanten hebben unieke aanpassingen ontwikkeld om het licht, water en voedingsstoffen in het gebied te benutten. De rhizosfeer rondom de wortels trekt een divers scala aan gespecialiseerde organismen aan, zoals virussen, bacteriën, en schimmels, die de ecologische werking van het wetland beïnvloeden. Interacties tussen deze organismen, inclusief de immobilisatie van koolstof en de uitstoot van broeikasgassen, zijn uniek voor wetlands.

Planten en hun rhizosfeer spelen een belangrijke rol in het bodemleven en de productiviteit van het wetland. Onderzoek naar de interacties en processen in de ondergrondse ecosystemen van wetlands blijft echter beperkt. Recente multidisciplinaire studies hebben de kennis vergroot, maar er is nog veel te ontdekken over de rol van rhizosfeerbiota in wetlands. Virussen spelen een cruciale rol in aquatische ecosystemen en beïnvloeden ook wetlands. Ze reguleren populaties en dragen bij aan genetische uitwisseling, wat de evolutie van zowel gastheer als virus beïnvloedt. Onderzoek naar virussen in wetland rhizospheres is echter beperkt, ondanks hun potentiële impact op biogeochemische cycli en ecosystemische processen. Hun rol als pathogenen en de interacties met andere organismen in de rhizosfeer verdienen meer aandacht.

Biologie

Anaerobische laag / denitrificatie

Sulfide

Absorption of Mineral Nutrients

Plants absorb most mineral nutrients from the soil as ions. Some of these essential elements are cations, including potassium (K+), calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), iron (Fe3+ or Fe2+), manganese (Mn2+), sodium (Na+), zinc (Zn2+), copper (Cu+ and Cu2+), and nickel (Ni2+). Other nutrients are found in the form of anions, including dihydrogen phosphate (H2PO4) or hydrogen phosphate (HPO42), sulfate (SO42-), chloride (Cl), and molybdate (MoO42-). Plants obtain nitrogen from the soil as nitrate (NO3) or ammonium (NH4+). Boron is absorbed as boric acid (H3BO3) or its conjugate base, dihydrogenborate (H2BO3). Silicon is available as silicic acid (H4SiO4).

Cations in the soil are bound to negatively charged clay particles or the organic acids that form humus, and this makes it difficult for plants to absorb them. Plants have a mechanism called cation exchange, which releases cations and frees them for absorption (figure 15.1.215.1.2). This occurs when the roots pump protons (H+) into the soil. The protons bind to the clay and humus, taking the place of the cation nutrients, such as K,Ca2+, and Mg2+. These nutrients are then freely dissolved in the water in the soil and can enter the roots. Roots can also increase proton concentration (decrease pH) of the soil indirectly by releasing carbon dioxide, which reacts with water to form carbonic acid. Protons released when carbonic acid molecules disassociate can then contribute to cation exchange.

A root releasing protons, freeing various cations stuck to a clay/humus particle
Figure 15.1.215.1.2: The process of cation exchange occurs when protons (H+) are released from roots. Protons bind to negatively charged clay or humus, releasing other cations, including calcium (Ca2+), potassium (K+), and magnesium (Mg2+). The root can then absorb the cation nutrients that were released.

To absorb iron, plants must either release protons creating acidic conditions, which promote the conversion (oxidation) of Fe3+ to Fe2+, or produce special compounds called siderophores. These bind to Fe3+ forming a complex, which can then be transported into the root.

Because anions are not attracted to clay and humus in the soil, it is easier for them to leach from the soil when it is irrigated or when it rains. For this reason, anions like nitrates and phosphates are common causes of eutrophication (see Threats to Biodiversity).

Mycorrhizae, the symbiotic fungi that grow around or inside of root cells, help plants absorb a variety of mineral nutrients, particularly phosphorus.

Absorptie van minerale voedingsstoffen

Planten nemen de meeste minerale voedingsstoffen uit de bodem op als ionen. Enkele van deze essentiële elementen zijn kationen, waaronder kalium (K+), calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), ijzer (Fe3+ of Fe2+), mangaan (Mn2+), natrium (Na+), zink (Zn2+), koper (Cu+ en Cu2+) en nikkel (Ni2+). Andere voedingsstoffen worden aangetroffen in de vorm van anionen, waaronder diwaterstoffosfaat (H2PO4-) of waterstoffosfaat (HPO42-), sulfaat (SO42-), chloride (Cl-) en molybdaat (MoO42-). Planten halen stikstof uit de bodem als nitraat (NO3-) of ammonium (NH4+). Boor wordt geabsorbeerd als boorzuur (H3BO3) of zijn geconjugeerde base, diwaterstofboraat (H2BO3-). Silicium is verkrijgbaar als kiezelzuur (H4SiO4).

Kationen in de bodem zijn gebonden aan negatief geladen kleideeltjes of de organische zuren die humus vormen (zie Bodems), waardoor planten ze moeilijk kunnen opnemen. Planten hebben een mechanisme dat kationenuitwisseling wordt genoemd en dat kationen vrijgeeft en vrijmaakt voor opname. Dit gebeurt wanneer de wortels protonen (H+) in de grond pompen. De protonen binden zich aan de klei en humus en nemen de plaats in van de kationvoedingsstoffen, zoals K+, Ca2+ en Mg2+. Deze voedingsstoffen worden dan vrij opgelost in het water in de bodem en kunnen de wortels binnendringen. Wortels kunnen ook indirect de protonenconcentratie (verlagende pH) van de grond verhogen door koolstofdioxide vrij te maken, dat reageert met water om koolzuur te vormen. Protonen die vrijkomen wanneer koolzuurmoleculen uit elkaar gaan, kunnen dan bijdragen aan kationenuitwisseling.

Om ijzer te absorberen, moeten planten protonen afgeven die zure omstandigheden creëren, die de omzetting (oxidatie) van Fe3+ in Fe2+ bevorderen, of speciale verbindingen produceren die sideroforen worden genoemd. Deze binden zich aan Fe3+ en vormen een complex, dat vervolgens naar de wortel kan worden getransporteerd.

Omdat anionen niet worden aangetrokken door klei en humus in de grond, kunnen ze gemakkelijker uit de grond lekken als deze wordt geïrrigeerd of als het regent. Om deze reden zijn anionen zoals nitraten en fosfaten veelvoorkomende oorzaken van eutrofiëring (zie Bedreigingen voor de biodiversiteit).

Mycorrhizae, de symbiotische schimmels die rond of in wortelcellen groeien, helpen planten een verscheidenheid aan minerale voedingsstoffen, met name fosfor, te absorberen.

Concentration of Enterobacter cloacae (RP8) around wheat roots when the bacterium was introduced by inoculating seeds (circles) or soil (triangles). Uninoculated controls are shown as diamonds. Approximately 3 mm of the soil around roots supports an elevated bacterial population (A.F. Dijkstra et al. Soil Biol Biochem 19: 351-352, 1987