Mineralen en planten

Mineralen zijn anorganische stoffen die essentieel zijn voor het functioneren van organismen, waaronder planten. Ze komen voor in de natuur, vaak als bestanddelen van gesteenten en in de bodem. Wanneer er wordt gesproken over voedingsstoffen, bemesting of nutriënten voor planten, wordt hier doorgaans mineralen bedoelt.

Aardse stoffen

Anorganisch

Mineralen zijn anorganische verbindingen, wat betekent dat ze geen koolstofverbindingen bevatten zoals organische stoffen (vetten, eiwitten en koolhydraten). Anorganische stoffen bestaan vaak uit slechts enkele atomen, in tegenstelling tot complexere organische verbindingen.

Koolstofdioxide (CO₂) en (waterstof)carbonaten worden eveneens als anorganisch beschouwd, ondanks dat ze het C element bezitten.

Kringloop

Mineralen ontstaan uit geologische processen, zoals de afbraak van gesteenten door verwering, en komen van nature voor in de bodem, het water en de lucht. Doordat planten via hun wortels mineralen uit de bodem opnemen, komen deze elementen uiteindelijk terecht in de voedselketen, waar ze onmisbaar zijn voor het functioneren van alle levende organismen. Als organismen afsterven, keren de mineralen terug naar de bodem via ontbinding, waar ze opnieuw beschikbaar worden voor opname door planten. Dit creëert een voortdurende cyclus van mineralen in de natuur.

Ionen

Een ion is een elektrisch geladen deeltje. De mineralen die planten (en dieren) nodig hebben, zijn elektrisch geladen.

De lading kan positief zijn of negatief, waardoor ze tegenovergestelde ionen aantrekken. Een positief geladen ion heet een kation en een negatief geladen ion heet een anion.

Voorbeeld:

De mineralen calcium en sulfaat komen in de natuur onder meer voor als gips steen. Gips steen bestaat uit CaSO₄ · 2H₂O, waarbij CaSO₄ bestaat uit het positief geladen calcium-ion Ca²⁺ en het negatief geladen sulfaat-ion SO₄^2-. Als gips steen in water komt, lost het op in de afzonderlijke ionen en waterstof moleculen.

Zowel calcium als sulfaat zijn mineralen waar planten behoefte aan hebben. Je kunt gips dus prima als plantenvoeding gebruiken.

Bodem

De meeste gronddeeltjes hebben een negatieve lading. De hoeveelheid negatieve lading hangt af van de bodemtextuur, zoals het zand-, slib- en kleigehalte.

De hoeveelheid negatieve lading van grond kan worden uitgedrukt in de kationenuitwisselingscapaciteit (CEC). Een bodem met een lage CEC heeft minder negatieve ladingen dan een bodem met een hoger getal.

Hoge zandbodems hebben over het algemeen een lage CEC. Klei- of slibbodems hebben een hogere CEC, en de CEC van organische bodems, zoals veen, ligt nog hoger

Omdat bodems negatief geladen zijn en voedingsstoffen voor planten (mineralen) positief en negatief zijn, worden sommige voedingsstoffen aangetrokken door de bodem en andere niet.

Mineralen die bestaan ​​als anionen (-) worden door de grond verplaatst. Mineralen die als kationen (+) bestaan worden gemakkelijker aan de bodem gebonden, waardoor deze voedingsstoffen langzamer door de bodem bewegen en langer beschikbaar zijn voor planten.

Afijn, ik haal het hier aan omdat mineralen worden geassocieerd met grond en plantenwortels. In aquaria veranderd het speelveld echter heel sterk. Vergeleken met de bodem op bijvoorbeeld akkerland, is de bodem in aquaria:

• Zeer dun,
• Van onderen volledig afgesloten door een glazen plaat,
• Continu en volledig verzadigd met water,
• En deze drie factoren tezamen zorgen ervoor dat de waterstroom alle kanten op gaat, waardoor mineralen niet zullen uitspoelen maar ook in het water boven het substraat terecht komen en vanuit het water in het substraat.

Bovendien nemen planten die in aquatische omstandigheden leven, mineralen via elke lokatie op en niet louter via de plantenwortels.

Planten en mineralen

Behoefte

Ongeveer 90% van een plant bestaat uit water. Als we het water uit de plant halen blijft er droogstof over. Deze droogstof bestaat voor 45% uit koolstof C, voor 45% uit zuurstof O, en voor 5% uit waterstof H.

De overige 5% bestaat uit mineralen. Deze mineralen bestaan voornamelijk uit stikstof en kalium, en in mindere mate uit calcium, magnesium, fosfor, zwavel. Dit zijn de zogenaamde macro-nutriënten.

Verder bestaat de droogmassa uit verschillende sporenelementen zoals ijzer.

Macro-nutriënten worden vaak aangeduid als “mineralen”, terwijl micro-nutriënten vaak worden aangeduid als sporenelementen. Het belangrijkste verschil is dat planten naar verhouding veel behoefte hebben aan macro-nutriënten in vergelijking tot micro-nutriënten.

IJzer is wellicht het bekendste sporenelement, omdat planten in verhouding met andere sporenelementen best veel ijzer nodig hebben.

Als ezelsbruggetje houd ik de verhouding 1000 : 100 : 20 : 1 aan:

• (1.000.000 water)
• 1.000 koolstof en zuurstof
• 100 stikstof en kalium
• 20 calcium, magnesium, fosfor en zwavel
• 1 ijzer

Er is dus 1000x meer koolstof nodig dan ijzer. Van de overige sporenelementen is de behoefte beduidend kleiner dan de behoefte aan ijzer.

Mineralen

Hieronder tref je een lijst van mineralen aan waar planten behoefte aan hebben. Specifieke verbindingen worden benoemd als dit de verbinding is die door planten worden opgenomen.

Stof	Opgenomen ion
Stikstof – Ammonium – Nitraat	N – NH4⁺ – NO3⁻
Kalium	K⁺
Calcium	Ca²⁺
Fosfor – Fosfaat	P – PO4³⁻
Magnesium	Mg²⁺
Zwavel – Sulfaat	S – SO4²⁻
Chloride	Cl⁻
IJzer	Fe²⁺ / Fe³⁺
Mangaan	Mn²⁺
Boor – Boraat	B – BO3³⁻
Zink	Zn²⁺
Koper	Cu²⁺
Nikkel	Ni²⁺
Molybdeen – Molybdaat	Mo – MoO4²⁻

Functies

• Fysiologische processen. Stikstof (N) is bijvoorbeeld belangrijk voor de aanmaak van eiwitten en chlorofyl, terwijl fosfor (P) betrokken is bij energieoverdracht (ATP).
• Structuur. Mineralen zoals calcium (Ca) en magnesium (Mg) zijn belangrijk voor de opbouw van celwanden en het stabiliseren van de plantstructuur.
• Enzymatische functies. Veel mineralen zoals kalium (K) zijn nodig voor het goed functioneren van enzymen die betrokken zijn bij metabolische processen.
• Waterregulatie. Mineralen zoals kalium helpen bij het reguleren van de waterhuishouding.
• Fotosynthese. Sommige mineralen, zoals magnesium, zijn essentieel voor het proces van fotosynthese, omdat ze een belangrijk onderdeel zijn van chlorofyl.
• Stressrespons. Mineralen kunnen ook helpen bij de weerstand van planten tegen abiote stress, zoals droogte en extreme temperaturen.

Stikstof

Planten gebruiken stikstof (N) voor een verscheidenheid aan organische verbindingen. Het is bijvoorbeeld een onderdeel van alle aminozuren. Dit zijn de basiscomponenten van eiwitten. Stikstof is ook cruciaal voor de vorming van nucleïnezuren, chorophyl en plantenhormonen.

Met 78% is gasvormig stikstof N₂ het hoofdbestanddeel van lucht, maar planten kunnen het in deze vorm niet gebruiken.

De belangrijkste voor planten bruikbare vormen van stikstof zijn nitraat NO₃^– en ammonium NH₄⁺. Een plant moet nitraat omzetten in ammonium in een zeer energie-intensief proces om het te kunnen gebruiken, maar de cellulaire vacuolen kunnen nitraationen opslaan en ze zijn zeer goed transporteerbaar binnen de plant.

Kalium

Kalium (K) is essentieel voor fotosynthese, ademhaling en waterbeweging in de plant. Kalium werkt als activator voor ongeveer 60 enzymen en is, net als chloride Cl^–, belangrijk voor de osmoregulatie van cellen. Het vervult zijn functies als vrij ion, het is niet geïntegreerd in organische structuren. Kalium speelt ook een vitale rol in de fotosynthese en veel meer biologische functies in een plant zijn gebaseerd op kalium.

Kalium wordt door planten opgenomen als kalium-ion K⁺.

Fosfor

Fosfor (P) speelt een rol in het metabolisme van alle organismen. Het reguleert de intracellulaire energiebalans (energiedrager adenosintrifosfaat, ATP) en biologische cellulaire processen door eiwitten te fosforyleren, en het is een onderdeel van nucleïnezuren (DNA, RNA) en de cellulaire membraan (fosfolipiden).

Fosfor wordt door planten opgenomen in de vorm van het fosfaat-ion PO4^3-.

Calcium

Calcium (Ca) is van belang voor de celdeling, voor de ontwikkeling van celwanden en -membranen, de opname en omzetting van nitraat en voor de koolhydraatstofwisseling van de plant.

Calcium wordt door planten opgenomen als calcium-ion Ca²⁺.

Magnesium

Magnesium (Mg) speelt een rol in de fotosynthese. Magnesium vervult ook vele andere functies in het organisme van planten, b.v. bij de activering van enzymen, de vorming van eiwitten, DNA en RNA, koolhydraten, vetten en vitamines, bij het transport van fosfaat, de koolhydraatstofwisseling en de overdracht van energie. In een plant is magnesium het sterkst geconcentreerd in de gebieden waar de plant groeit. 

Magnesium wordt door planten opgenomen als magnesium-ion Mg²⁺.

Zwavel

Ook zwavel (S) speelt een rol bij verschillende fysiologische processen in planten, van eiwitsynthese en chlorofylvorming tot enzymactiviteit.

Zwavel wordt door planten opgenomen als sulfaat-ion SO4^2-.

IJzer

IJzer (Fe) maakt bijvoorbeeld deel uit van de cytochromen, die hun functie vervullen bij de cellulaire ademhaling in de mitochondriën en, tijdens de fotosynthese, in de chloroplasten. Aangezien ijzer een vitale rol speelt in veel enzymatische reacties van chlorofylsynthese, zorgt een ijzertekort ervoor dat de chlorofylproductie afneemt, wat doorgaans leidt tot ijzerchlorose. Een symptoom hiervan is geel tot witachtig bladweefsel tussen de bladzenuwen, die in het begin altijd groen blijven. Eerst worden de jongste bladeren aan de scheutuiteinden aangetast, aangezien ijzer relatief immobiel is in de plant.

IJzer wordt door planten opgenomen als ferro-ion Fe²⁺ of als ferri-ion Fe³⁺. IJzer is in de natuur voor het grootste deel aanwezig in bijna onoplosbare vormen, die planten niet kunnen gebruiken, zoals ijzerhydroxiden en ijzerfosfaat. 

In meststoffen is ijzer gebonden aan stabilisatoren of chelatoren zoals EDTA, DTPA, HEEDTA, citraat, gluconaat of ascorbaat om het opgelost te houden en beschikbaar te maken voor planten.

Planten hebben twee verschillende strategieën ontwikkeld voor de opname van ijzer:

• Ze verzuren de grond door protonen (H+-ionen) vrij te geven, waardoor de oplosbaarheid van Fe3+ toeneemt, Fe3+ wordt gereduceerd tot Fe2+ op het oppervlak van hun wortels en het wordt opgenomen in de cellen. 
• Echte grassen, waaronder verschillende graansoorten, geven een chelaatvormer (mugininezuur, een fytosiderofoor) af aan de grond, die Fe3+ complexeert en dit ijzer-fytosiderofoor-complex naar de worteldelen transporteert. Planten transporteren ijzer in hun weefsels door chelaatvormers die ze produceren.

Sporenelementen

Mineralen kunnen door planten worden gebruikt, worden opgeslagen en worden verplaatst. Stikstof, kalium, magnesium en fosfor zijn zeer mobiele mineralen, terwijl calcium en ijzer dit veel minder zijn. Over het algemeen zijn sporenelementen minder mobiel.

Tekorten aan immobiele nutriënten manifesteren zich eerst in nieuwe bladeren, omdat deze niet uit oudere delen kunnen worden gehaald. Wanneer nieuwe bladeren bleek van kleur zijn, wijst dit typisch op een tekort aan ijzer of misschien op een tekort aan mangaan.

De beschikbaarheid van sporenelementen in de bodem kan sterk variëren, afhankelijk van de pH, organische stof en de mineralogische samenstelling. Bijvoorbeeld, bij een hoge pH (alkalische bodem) kunnen sommige sporenelementen minder oplosbaar zijn, waardoor ze moeilijker door planten kunnen worden opgenomen.

Microben in de bodem spelen een belangrijke rol in de beschikbaarheid van sporenelementen. Sommige bacteriën kunnen sporenelementen omzetten in vormen die beter opneembaar zijn voor planten.

Aquariumplanten en plantenvoeding

Het voeden van planten in een glazen bak gevuld met water is bijzonder eenvoudig en niet te vergelijken met het verbouwen van gewassen op het land. De redenen zijn in dit artikel al benoemd. Een aquarium is afgelosten en vol met water. En voorts zijn planten in aquatische omstandigheden niet afhankelijk van mineraal opname via de wortels.

Een nuance is op zijn plaats.

Mineralen kunnen verbindingen aangaan en neerslaan waardoor ze niet meer beschikbaar voor opname zijn. Een fosfaat-ion kan bijvoorbeeld binden met een organisch molecuul.

Deze complexten kunnen in de zogenaamde rizosfeer vrij worden gemaakt, waarna ze alsnog door planten kunnen worden opgenomen. De rizosfeer is de symbiotisch gemeenschap van microbiota, schimmels en plantenwortels.

Daarom zie je hobbyisten van high tech beplante aquascapes hun planten bemesten middels de waterkolom. Want dat is wel zo makkelijk en gecontroleerd. En zij die de Estimative Index toepassen, zullen de hoeveelheden ongelimiteerd houden voor planten. Er wordt bij de Estimative Index dus niet of nauwelijks naar ratio’s gekeken, al zal er naar verhouding veel meer macro-nutriënten worden toegevoegd dan micro-nutriënten.

Kraanwater met KNO3

Omdat bemesting van een beplant aquarium dermate makkelijk is, kun je planten bemesten door het geconsumeerde en verdampte water aan te vullen met niets meer dan kraanwater.

In kraanwater zijn alle mineralen vertegenwoordigd. Bovendien vindt er afbraak van organische afvalstoffen in een aquarium plaats, waaruit eveneens mineralen vrijkomen.

Dit gaat zeker op als er geen CO₂ gas wordt geinjecteerd en de CO₂ concentratie in het aquarium laag is. De mineralen behoefte is dan erg laag.

Maar als het aquarium vol staat met planten en de vissendichtheid heel laag is, dan zul je mogelijk vergeling van bladeren kunnen aantreffen. De grootste veroorzaker is dan een tekort aan nitraat of kalium. Met wat KNO₃ (kalium en nitraat) droogpoeder of NPK (nitraat, fosfaat en kalium) bemesting, kun je dit aanvullen.

Het verlies van bladeren, of het donker kleuren van bladeren, wijst op een tekort aan CO₂ bij een te hoge lichtintensiteit.

Blijf scapen,
Ruud

Heb je vragen of opmerkingen? Stuur me een bericht: