Gerst groeit de helft beter als je de bodem een heel klein beetje onder stroom zet. Dat ontdekten onderzoekers van de Universiteit van Linköping in Zweden tijdens proeven met jonge plantjes op kunstmatige bodems. Ze denken dat hun ‘elektronische bodems’, of eSoils, kunnen helpen de groeiende wereldbevolking te voeden, vooral in droge of onvruchtbare streken. Het onderzoek verscheen vorige week in PNAS.
Planten kweken zonder natuurlijke bodem, maar alleen op water met daarin opgeloste voedingsstoffen, gebeurt al sinds de 17de eeuw. Deze ‘hydroponica’, of waterkweek, heeft in de afgelopen decennia een grote vlucht genomen. Bedrijven kweken bijvoorbeeld al op grote schaal spinazie, sla, tomaten, bloemen en allerlei soorten kruiden in afgesloten ruimtes, vaak in verticale stellages en onder ledlicht.
Ledlicht kan 24 uur branden
Deze verticale kweek geldt als grote belofte voor de wereldvoedselvoorziening. Hydroponica is veel efficiënter dan gangbare landbouw. Ten eerste qua ruimtebeslag: omdat je de hoogte in gaat, is deze kweek ook geschikt in steden. Dan is er het waterverbruik. Om een kilo tomaten te kweken, heb je in een Nederlandse kas zo’n 17 liter water nodig, en op een Zuid-Europese akker al gauw 60 tot wel 200 liter, becijferde de Wageningen Universiteit. In een kweekflat lukt het met 2 tot 4 liter. Het ledlicht kun je 24 uur laten branden. En van de voedingsstoffen in het circulerende kweekmedium komt 100 procent in het gewas terecht, terwijl er op het land veel uitspoelt en planten sowieso maar 50 procent van de nutriënten uit een akker opnemen, aldus de Zweedse onderzoekers. Ten slotte heb je in een afgesloten omgeving nauwelijks pesticiden nodig.
Soms hangen plantenwortels in hydrokweek los in het water; soms groeien ze in een matrix, bijvoorbeeld in kleikorrels, kokosvezels of steenwol. De Zweden gebruikten in hun studie een poreuze polymeer, hoofdzakelijk gemaakt van cellulose: het natuurlijke materiaal waaraan planten hun stevigheid ontlenen. Maar ze voegden daar ook het synthetische polymeer PEDOT:PSS aan toe (voor de liefhebbers: poly(3,4-ethyleendioxythiofeen):polystyreensulfonaat). Dat verhoogt de elektrische geleidbaarheid.
Eerst toonden de Zweden aan dat gerstplantjes op deze matrix precies zo goed groeien als op een gangbare matrix van steenwol. Vervolgens onderzochten ze, in verschillende regimes, wat er gebeurde als ze de bodem vijf dagen lang lichtjes onder stroom zetten (0,5 V). De elektrische stimulatie zorgde voor 50 procent extra biomassa op dag 15. Opmerkelijk genoeg trad de extra groei niet op tijdens de stimulatie, maar pas in de dagen daarna.
De Zweden waren benieuwd hoe het komt dat de planten op de eSoils beter groeiden. Een eerste hypothese was dat de negatief geladen nitraationen in het voedingsmedium dankzij het elektrische veld beter naar de plantenwortels konden bewegen.
Op moleculair niveau
Dat bleek niet zo te zijn: in controlebodems namen de wortels evenveel nitraat op als in de eSoils. Blijkbaar ontstaat het verschil pas in de plant zelf, als die het nitraat omzet in organische stikstofverbindingen (zoals eiwitten). Maar hoe dat op moleculair niveau precies werkt, willen de Zweden nog verder uitzoeken. Ook willen ze kijken of de chemische en fysieke samenstelling van hun bodem kan zorgen voor nog betere plantengroei.
Hydrokweek is een reële optie voor grootschalige toepassing, benadrukken de Zweden in de conclusie van hun artikel. De bodems zijn gemakkelijk, goedkoop en milieuvriendelijk te maken – zeker ook in vergelijking met steenwol, waarvan de productie erg veel energie kost. De eSoils vergen daarnaast maar heel weinig elektrische stroom, en die is gemakkelijk te leveren via alledaagse, oplaadbare batterijen. En het systeem blijkt ook geschikt voor het kweken van graangewassen, zoals gerst, dat veel wordt gebruikt in veevoer. De Zweden willen graag uitzoeken voor welke andere gewassen hun methode ook voordelen biedt, en wat dan het beste elektrische regime is.
