landbouw

Op dit moment gebruikt Nederland 66% van het grondgebied voor landbouw. Wat, als we de landbouw gewoon afschaffen? Bron/copyright: visionair.nl

Moeten we in Nederland de landbouwgrond veranderen in woongebied en natuur?

De grootste grondgebruiker in Nederland is de landbouw. De interimmanager Iman Stratenus en zijn adellijke compaan jonkheer Eppo Folef Marie van Nispen tot Sevenaer, met een juridische achtergrond, hebben naar eigen zeggen dé oplossing. Wat, als we de landbouw in Nederland afschaffen en de vrijkomende grond inrichten als natuurgebied?

Stadsstaat Nederland heeft een grotere bevolkingsdichtheid dan menige wereldstad. Op 40 000 vierkante kilometer land huisvest Nederland 17 miljoen mensen. Ongelofelijk genoeg slaagt Nederland er ook in om op landbouwgebied grotendeels zelfvoorzienend in voedsel te zijn. Dit tegen een prijs. Zo wordt het land drooggemalen, waardoor de bewortelbare zone op akkers groter wordt en deze begaanbaarder worden voor zware landbouwmachines. Met als gevolg dat natuurgebieden verdrogen en er structurele vochttekorten ontstaan.

Wat, als we de landbouw gewoon voor het grootste deel afschaffen en het vrijkomende land bestemmen tot natuurgebied en voor woningbouw? Dat zou in één klap de problemen met emissierechten oplossen. Ook komt er dan land vrij voor de verbouw van biomassa, een ander idee dat erg hip is onder klimaatvrienden. Dit is het voorstel van beide voorgenoemde heren van het initiatief natuurrijknederland.

Het idee is simpel. Maak de helft van Nederland natuurgebied. Koop het grootste deel van de boeren uit met de opbrengst van het verkopen van een deel van de landbouwgrond als grond voor woningbouw. De auteurs noemen 1 miljoen nieuwe duurzame woningen. Bestem de rest voor de verbouw van biomassa en als natuurgebied, bijvoorbeeld om vossenjachten te houden. Importeer voortaan ons voedsel uit het buitenland.

Op dit moment gebruikt Nederland 66% van het grondgebied voor landbouw.  Wat, als we de landbouw gewoon afschaffen? Bron/copyright: visionair.nl
Op dit moment gebruikt Nederland 66% van het grondgebied voor landbouw. Wat, als we de landbouw gewoon afschaffen? Bron/copyright: visionair.nl

De schrijvers van dit rapport hebben duidelijk een economische achtergrond. Ze gaan er vanuit dat Nederland de komende tientallen jaren ‘business as usual’ zal doormaken met een stabiel internationaal systeem, waarin het economisch gezien inderdaad slimmer is om ons voedsel te importeren dan om hiervoor schaarse grond te benutten.

Zeker in deze instabiele geopolitieke situatie, waarin bestaande bondgenootschappen uit elkaar vallen en nieuwe geopolitieke breuklijnen ontstaan, is dit niet erg verstandig. Uit de covid-19 crisis bleek al dat landen hun eigen bevolking prioriteren. Zendingen mondkapjes op doorvoer naar andere Europese landen werden in beslag genomen, Frankrijk voerde een exportverbod voor covid-19 beschermingsmiddelen in. Het is ronduit dwaas en onverantwoordelijk om aan te nemen dat als er een wereldwijde hongersnood op zal treden, onze buurlanden ons uit de brand zullen helpen als hun eigen bevolking honger lijdt.

De reden dat er in Nederland zoveel ruimte is voor landbouw ten koste van ander grondgebruik is niet triviaal. Zoals de boeren zelf het kort en bondig formuleren: U moet goed weten, wij boeren zorgen voor eten.

Stellen wij 12.000 vierkante kilometer landbouwgrond buiten gebruik, zoals dit tweetal voorstelt, dan is Nederland niet meer zelfvoorzienend op het gebied van voedsel. Onze (over)grootouders hebben allen in de Hongerwinter van 1944 ondervonden wat voor akelige gevolgen het heeft om in tijden van crisis afhankelijk te zijn van het buitenland.

Het is beter, om bijvoorbeeld kritisch te kijken naar het staande asiel- en immigratiebeleid (nu verantwoordelijk voor meer dan tachtig procent van de bevolkingsgroei, zie https://www.cbs.nl/nl-nl/dossier/dossier-asiel-migratie-en-integratie/hoeveel-immigranten-komen-naar-nederland-) en creatiever om te springen met de bestaande ruimte dan nu, bijvoorbeeld door meer ondergrondse bouw en het verplaatsen van de ecologisch meest belastende landbouwactiviteiten naar zee. Drie vijfde deel van het Nederlandse grondgebied is zee. Op termijn kan veel landbouwgrond inderdaad een andere bestemming krijgen, maar alleen als we er in slagen om vervangend voedsel te produceren in bijvoorbeeld landbouwflats, op synthetische wijze of op zee.

Wolffia-soorten, het kleinste geslacht eendenkroos, wordt al eeuwen als groente gegeten in Zuid Oost Azië.

Gaat eendenkroos de wereld redden?

Eendenkroos estaat uit hoogwaardig eiwit, groeit het beste (en ongekend snel) op vervuild water en verdubbelt zich elke twee tot drie dagen in aantal. Is eendenkroos de oplossing voor veel problemen waar we mee te kampen hebben?

Miljoenen jaren geleden ontstond de voorouder van de Lemnoideae uit een drijvende waterplant, die warschijnlijk het meeste weg had van de eendenkroossoort Spirodela: een klein, drijvend bloeiend plantje met sappige bladeren en wortels. In de loop der eeuwen verloor de plant steeds meer onderdelen, totdat de verst geëvolueerde Lemna-soort, Wolffia arrhizza, alleen nog maar uit een groen bolletje bestaat. Dit leverde enorm veel voordelen op voor het plantje. Eendenkroos reist snel mee aan de poten van watervogels van de ene voedselrijke plek naar de andere.

Eendenkroos kan zich verbijsterend snel verdubbelen in aantal en hoeveelheid. Zie onderstaande animatie van 6 seconden. De reden is dat vrijwel de gehele plant betrokken is bij fotosynthese en groei geen overhead. Ook kunnen sommige eendenkroossoorten suikers en aminozuren uit het water opnemen.

De oogst van eendenkroos in de subtropen en tropen ligt tussen de 10 en 30 ton per hectare per jaar (dat is 1-3 kg drooggewicht eendenkroos per vierkante meter). Hiervan bestaat bijna de helft, 43%, uit eiwit, 5% uit vetten, 5% uit voedingsvezel en de rest (iets minder dan de helft) uit koolhydraten. Onder laboratoriumomstandigheden in Israël is een maximale productie van 79 ton per hectare per jaar bereikt. Dat wil zeggen dat in principe op minder dan honderd vierkante meter, de oppervlakte van een klein huis met tuin, voldoende voedsel geteeld kan worden om een mens in leven te houden.

Wolffia-soorten, het kleinste geslacht eendenkroos, wordt al eeuwen als groente gegeten in Zuid Oost Azië.
Wolffia-soorten, het kleinste geslacht eendenkroos, wordt al eeuwen als groente gegeten in Zuid Oost Azië.

Een aanvullend voordeel is dat eendenkroos afvalwater erg efficiënt zuivert. Nadeel daarvan is dat het verontreinigt raakt. In dat geval moet het kroos verwerkt worden als biomassa. Kortom: zeker als vervanging voor veevoer uit de tropen, waar er enorme ecologische problemen ontstaan door de massale sojateelt, is eendenkroos een zeer interessant alternatief.

In Nederland zijn al enkele ondernemers begonnen met de teelt van kroos voor dit doel. Ook wordt Wolffia, het kleinste geslacht, steeds populairder als culinaire specialiteit. in Thailand is het gewas al eeuwenlang niet meer weg te denken uit de keuken.


Bron:

fao.org

Het membraan (omhulsel) van de thylacoïden (bladgroenkorrels) maakt het mogelijk om licht in energie om te zetten. Bron: UC Davis

Kan C4-fotosynthese de wereldvoedselproductie verdubbelen?

De plantenwereld kent twee belangrijke fotosynthesetechnieken: C3, de standaardmethode, en C4, waarbij de CO2 wordt geconcentreerd in de plant. C4 vaagt meer energie, maar de plant raakt veel minder snel in ‘ademnood’, waardoor de gewasopbrengsten in zonnige gebieden bijna twee keer zo hoog liggen. Kunnen we hiermee het wereldvoedselprobleem oplossen?

Het membraan (omhulsel) van de thylacoïden (bladgroenkorrels) maakt het mogelijk om licht in energie om te zetten. Bron: UC Davis
Het membraan (omhulsel) van de thylacoïden (bladgroenkorrels) maakt het mogelijk om licht in energie om te zetten. Bron: UC Davis

Hoe werkt  fotosynthese?
We hebben allemaal op school geleerd dat bladgroenkorrels licht opvangen, waar de plant voedsel mee maakt. Deze bladgroenkorrels vormen in feite alleen maar het begin van de keten. In de korrels wordt in de “lichtreactie” water gesplitst (waarbij als afvalproduct zuurstof vrijkomt) en waterstofionen (H+). Deze  waterstofionen worden direct gebruikt om zes kooldioxidemoleculen (CO2) om te zetten in glucose (C6H12O6), de basisbouwstof voor plantencellen. Terwijl ze uit de bladgroenkorrel naar buiten worden gepompt, leveren deze ionen ook energie om ADP in de energiedrager ATP om te zetten.

C4-planten kunnen door de ringen van cellen CO2 concentreren, waardoor ze in een droog, heet klimaat veel sneller groeien.
C4-planten kunnen door de ringen van cellen CO2 concentreren, waardoor ze in een droog, heet klimaat veel sneller groeien.

Wat is het verschil tussen C3- en C4-fotosynthese?
Om het verschil tussen C3- en C4-fotosynthese uit te leggen, moeten we kijken naar de methode die de plant gebruikt om CO2 vast te leggen. Je zou het op grond van alle alarmverhalen niet zeggen, maar in feite verhongeren planten door te weinig CO2. Daarom bestaat de helft van alle eiwitten bij planten uit maar één enzym: rubisco, het enzym dat CO2 vangt en inbouwt in de zogeheten Calvin-cyclus. Dit enzym is miljarden jaren geleden ontstaan, toen er nog geen zuurstof in de atmosfeer zat. Daarom is het niet berekend op de aanwezigheid van zuurstof, waardoor er veel CO2 verloren gaat. In plaats van rubisco te veranderen, wat voor een plant zelfmoord zou betekenen, ontstonden naast de standaard (C3) vorm van fotosynthese, twee extra methoden om te voorkomen dat er teveel zuurstof bij het rubisco in de buurt komt: C4-metabolisme en CAM.
CAM-planten, zoals cactussen, zetten hun huidmondjes ’s nachts open en vangen dan CO2 (die ze opslaan in appelzuur), die ze overdag weer afsplitsen en verder verwerken. Deze strategie kost veel energie, maar spaart water en komt daarom vooral voor bij woestijnplanten, waarvoor water veel belangrijker is dan energiebesparing.
We hebben het hier verder over C4-planten. Deze planten gebruiken een andere techniek: het huisvesten van Rubisco in een CO2-rijke omgeving. Dit krijgen deze planten voor elkaar, door CO2 in twee stappen vast te leggen. In de eerste stap, in een krans om de cellen waar de donkerreactie plaatsvindt, wordt CO2 vastgelegd in een verbinding met 4 koolstofatomen (vandaar de naam C4), die wordt getransporteerd naar de plek waar Rubisco het verwerkt. Daardoor gaat er minder energie verloren. Wel kost dit proces 30 ATP, waar de ‘normale’ C3-fotosynthese maar 18 ATP kost. Bekende C4-gewassen zijn maïs, suikerriet en sorghum (hier minder bekend, maar in Afrika een van de belangrijkste voedingsgewassen). C4-planten evolueerden rond de 30 miljoen  jaren geleden, toen de CO2-hongersnood nijpend werd en het klimaat droger werd.

Tarwe, rijst en andere gewassen ombouwen tot C4-plant
Maïs en sorghum zijn minder populair als voedselgewas dan tarwe en rijst. Hoewel in de tropen de opbrengsten van maïs veel groter zijn dan die van rijst, kiezen boeren daarom toch massaal voor rijstteelt. Zouden we er in slagen om C4-eigenschappen in deze populaire voedingsgewasssen in te bouwen, dan zouden we de oogsten per  hectare met 50% kunnen vergroten. Terwijl er minder kunstmest en water nodig is, waardoor per liter water de oogst verdrievoudigt. Voor woestijnlanden als Egypte en dichtbevolkte landen als India, Nigeria en Bangladesh zou dit uiteraard een uitkomst zijn. Toch vrees ik dat de smaak iets achteruit zal gaan. Voor C4 moeten er kransen om de plekken waar de Calvin-reactie plaatsvindt worden aangemaakt. De reden dat typische C4-granen als sorghum en maïs een vrij harde smaak hebben, is vermoedelijk die laag.Aan de andere kant: we hebben weinig keus meer. De watertekorten over de gehele wereld worden steeds nijpender en in gebieden als Californië stijgt de rijstoogst al niet meer sinds 1990. Op dit moment is het implanteren van het C4-mechanisme in voedselgewassen onze beste hoop om wereldwijd voedselgebrek te voorkomen.

Het C4-rijstproject
Het internationale rijst-onderzoeksinstituut IRRI in de Filippijnen is daarom begonnen met het ontwikkelen van een C4-variant van rijst. Dit project, met 5 miljoen dollar gefinancierd door de eBill and Melinda Gates Foundation, moet in een jaar of zes tot tien een bruikbare cultivar opleveren. Deze variant zal veel minder water gebruiken en een wat grotere oogst per hectare opleveren. Gezien het enorme belang van de voedselvoorziening is het onbegrijpelijk dat er zo weinig hulpbronnen in dit project worden gestopt. De taak die de onderzoekers te wachten staat is wanhopig moeilijk. Ze moeten de bestaande genen van rijst zo wijzigen, dat zich concentrische ringen van cellen gaan vormen. Als je bedenkt, dat in genen alleen eiwitten staan beschreven, niet direct de anatomie van planten, kan je je voorstellen dat dit een enorm veeleisende taak is. Toch slaagden planten hier in meer dan dertig plantensoorten in, weten we. Toch is het ze nu gelukt het rudimentaire C4-proces in rijst in te bouwen. Uiteraard moet deze rijst nog doorontwikkeld worden in een levensvatbaar C4-ras, maar er is nu voor het eerst zicht op een structurele oplossing.

Bronnen
Supercharged photosynthesis, MIT Review,2015

 

Azolla filicuoides. bron: universiteit Utrecht

Video: kan Azolla de landbouw redden?

Op dit moment gebruikt de productie van stikstofkunstmest 1 procent van alle energie. Nu olie schaarser wordt en we echt iets moeten doen aan de CO2-uitstoot, moeten we op zoek naar een alternatief. Kan het nietige watervarentje Azolla onze problemen oplossen?

Verantwoordelijk is nu de Haber-Boschreactie, is de omzetting van stikstof en waterstof in ammoniak, NH3. Stikstofmoleculen kennen een driedubbele binding tussen de twee stikstofatomen in het molecuul. Deze verbreken is een hels karwei. Vandaar dat er ook zoveel activeringsenergie nodig is. Ook in de natuur slagen maar enkele organismen hierin. Azolla werkt samen met de blauwalg Anabaena azollae, die deze taaie klus voor zijn rekening neemt. A. azollae leeft in de bladeren van Azolla.

Azolla filicuoides. bron: universiteit Utrecht
Azolla filicuoides. bron: universiteit Utrecht
De komkommerrobot vervangt menselijek plukkers. Bron: Wageningen Universiteit

Video: robot oogst komkommers

Deze Wageningse robots doen het werk, dat tot nu toe alleen door mensen kon worden: het plukken van oogstrijpe komkommers, terwijl de onrijpe exemplaren blijven hangen.

Al sinds de jaren vijftig staan er robots in fabrieken. In regelmatige, voorspelbare omgevingen functioneren robots goed, maar in bijvoorbeeld de landbouw, waar elke plant sterk afwijkt van een andere, was de inzet van robots op kleine schaal onhaalbaar. Nu, dankzij de Wet van Moore die de rekenkracht van computers enorm heeft vergroot, is dat veranderd. Deze robot herkent met krachtige software komkommer en ‘ziet’ aan de kleur en vorm of de komkommer oogstrijp is.
Dit betekent, dat veel tuinbouw, die nu in lage-lonen landen plaatsvindt, weer terug zal keren naar Nederland. Dit geldt ook voor veel industrie. Toch is de situatie niet hopeloos voor de mensen in lage-lonenlanden. Exponentiële technieken zullen hun leven sterk verbeteren en nieuwe werkgelegenheid scheppen.

De komkommerrobot vervangt menselijek plukkers. Bron: Wageningen Universiteit
De komkommerrobot vervangt menselijek plukkers. Bron: Wageningen Universiteit

Meer informatie:
Oogstrobot voor komkommer (Wageningen Universiteit)

Dauwcollectoren brengen groen midden in de woestijn. Wel moet de luchtvochtigheid voldoende hoog zijn. Bron: roots-up.org

Dauwverzamelende kas brengt plantengroei in de woestijn

De woestijnen rukken steeds verder op en met de klimaatsveranderingen, die de verdamping in tropische gebieden sterk doen stijgen, wordt een steeds groter deel van de aarde aride. Zou deze kas kunnen helpen om land terug te veroveren op de woestijn?

Deze kas is ontwikkeld door de Ethiopische Universiteit van Gondar. Zelfs in de droogste woestijn zit er waterdamp in de lucht. Dit is vanzelfsprekend niet erg veel, maar dauwvangers maken gebruik van de sterke afkoeling in de nacht. Koude lucht kan minder waterdamp vasthouden, waardoor het dauwpunt overschreden wordt en dauwdruppels neerslaan. De mens is hierin niet de eerste. Cactussoorten als Trichocereus en de dauwkever maken ook gebruik van dit effect om water uit de lucht te winnen.

Meer informatie
Roots Up

Dauwcollectoren brengen groen midden in de woestijn. Wel moet de luchtvochtigheid voldoende hoog zijn. Bron: roots-up.org
Dauwcollectoren brengen groen midden in de woestijn. Wel moet de luchtvochtigheid voldoende hoog zijn. Bron: roots-up.org
In deze veel grotere aquaponische installatie worden op commerciële schaal groenten gekweekt. Bron: Wikimedia Commons

Techneut zet aquaponics systeem in elkaar in achtertuin

Het principe van aquaponics is simpel. Vissen scheiden veel ammonium en ander stoffen uit, die planten graag opnemen. Kortom: door vissen en planten te combineren, kan je zowel vis kweken als genieten van groente. Deze bejaarde man met gouden handen toverde zijn achtertuin om in een productief ecosysteem.

De opbrengst van systemen als dit kan enorm zijn, vooral als je in meerdere lagen werkt. Denk aan de verticale planttorens. Wel moet de temperatuur en uiteraard de hoeveelheid zonlicht voldoende zijn. Dit is daarmee vooral interessant voor landen op de breedtegraad van Spanje of de Verenigde Staten. Voor ons noorderlingen is dit systeem in de lente en zomer, misschien nog een stukje herfst interessant. Het goede nieuws is dat de dure apparatuur van deze hobbyist niet echt nodig is. Een pompje is dat wel.

In deze veel grotere aquaponische installatie worden op commerciële schaal groenten gekweekt.  Bron: Wikimedia Commons
In deze veel grotere aquaponische installatie worden op commerciële schaal groenten gekweekt. Bron: Wikimedia Commons

Video: verticale boerderijen en de toekomst van landbouw

Het wordt op aarde steeds drukker, vooral in de onmiddellijke nabijheid van de snelgroeiende steden. Dit is uitgerekend ook de plaats waar steeds meer mensen komen te wonen. Geen wonder dat steeds meer stemmen opgaan om niet alleen mensen, maar ook planten in flats onder te brengen.

Landbouwflats hebben meer voordelen. Zo kan het afval van de stedelingen direct worden verwerkt tot meststof en liggen de transportkosten veel lager, dan als het voedsel van duizenden kilometers weg met komen zoals nu. Verticale boerderijen kunnen ook veel makkelijker plantenziekten buiten de deur houden, omdat het, net als kassen, afgesloten systemen zijn. Het licht is afkomstig van LEDs, die alleen licht uitzenden dat planten op kunnen nemen. Dus bijvoorbeeld geen groen licht. Leds halen nu een efficiëntie tot 300 lumen per watt; tot ongeveer 75% van de opgenomen energie verandert in licht. Hierdoor kan met een relatief lage lichtintensiteit toch een hoge gewasopbrengst worden gehaald.
agro-skyscraper

Video: De toekomst van de voedselvoorziening

Stijgende voedselprijzen komen voortdurend in het nieuws. Op het eerste gezicht lijkt er een enorm voedseltekort te bestaan in de wereld. Schijn bedriegt echter. In 2013 produceerde de aarde voldoende voedsel voor 11 miljard mensen, 1,5 maal de wereldbevolking.

fuckthelawn6

Een groot deel van dat voedsel werd echter gebruikt als veevoer. Ook kampen we met de steeds duurder en schaarser wordende fossiele brandstoffen. Organische landbouw, ooit afgeschreven als inefficiënt, blijkt in gematigde streken meer dan 90% van de opbrengst van traditionele landbouw te leveren, in de tropen, als intercropping en andere geïntegreerde teeltsystemen toe worden gepast, zelfs 182%.  Worden slimme landbouwsystemen de redding van de wereldbevolking? Of zullen we verhongeren als olie definitief meer energie kost om op te pompen dan er uit te halen is?

Video: high tech landbouw de toekomst?

Er bestaat een groot conflict tussen de aanhangers van high-tech landbouw en organische landbouw, zoals permacultuur. Beide stromingen willen de bestaande landbouw hervormen, maar kiezen voor verschillende methoden. Toch willen beide stromingen hetzelfde doel bereiken: de voedselveiligheid van negen miljard aardbewoners in de toekomst garanderen. In deze videoclip van de Universiteit van Californië een overzicht van ontwikkelingen.

Wat denken jullie? Is een veel betere high tech landbouw de oplossing of moeten we toch kiezen voor massaal organisch (met de bekende gevolgen voro de voedselvoorziening)? Of moeten we van beide benaderingen maximaal gebruik maken om de grote wereldbevolking in leven te houden?