Een nieuwe kijk op de bodem?

Planten, dieren en bacteriën stoten specifieke gassen uit om met elkaar te communiceren of als gevolg van stress, genaamd “vluchtige organische stoffen”. De rol van deze gassen is goed onderzocht in bovengrondse ecosystemen, maar niet in de bodem. In deze studie werd er geprobeerd om dit te veranderen, zodat we de bodem beter kunnen onderzoeken.

Wanneer u eens uw gazon maait merkt u zeer snel op dat het gemaaide gras een zeer aangename geur afgeeft. Deze geur is misschien aangenaam voor u en mij, maar het is niet echt het geval voor het gras. Dit is omdat het gras deze geur afgeeft als gevolg van de ‘verwondingen’ veroorzaakt door de grasmaaier. Dit is een zeer goed voorbeeld van een “vluchtige organische stof”, een gas die geproduceerd wordt door planten, bacteriën en dieren als gevolg van stress of voor andere taken zoals communicatie. De uitstoot van deze gassen is al zeer goed bekend in bovengrondse ecosystemen, waarbij veel studies zich richten op hun uitstoot door bloemen om bijen aan te trekken en door bladeren als gevolg van verwonding veroorzaakt door planteneters (figuur 1).

Figuur 1: In bovengrondse ecosystemen kunnen planten vluchtige organische stoffen produceren in deze twee situaties: 1) bloemen stoten vluchtige organische stoffen uit om bestuivende insecten zoals bijen aan te trekken (links) en 2) bladeren produceren vluchtige organische stoffen uit als reactie op de verwondingen aangebracht door planteneters, zoals rupsen (rechts).

De rol van deze gassen is minder goed onderzocht in de bodem, ondanks dat ze een belangrijke rol kunnen spelen bij de communicatie tussen planten, bacteriën en schimmels. Met als voorbeeld de relatie tussen planten en mycorrhiza, een groep schimmels die planten van nutriënten zoals stikstof en fosfor voorzien in ruil voor suikers. Waar vluchtige organische stoffen ook van pas kunnen komen, is bij het onderzoeken van de soortendiversiteit van de bacteriële en schimmel gemeenschappen in de bodem, zonder een uitgebreid genetisch onderzoek uit te voeren.

De belangrijkste reden waarom de uitstoot van vluchtige organische stoffen nog niet zo goed onderzocht is in de bodem, is omdat er tot nu toe nog geen goede methode gevonden is om ze te meten. In deze studie werd er daarom geprobeerd om een methode te ontwikkelen om deze stoffen direct uit de bodem te meten.

Hoe werd dit getest?

Om een methode te vinden om vluchtige organische stoffen te meten werden er twee experimenten uitgevoerd. Het eerste experiment testte of we een verschil konden vinden in de uitstoot van deze gassen in de bodem tussen maïs gegroeid met en zonder mycorrhiza. In het tweede experiment daarentegen werd er getest hoe de uitstoot van vluchtige organische stoffen in de bodem verschilde tussen maïs geplant in verschillende bodembewerkingsmethoden, met vier types: 1) ploegen, 2) ploegen met compost, 3) niet-kerende bodembewerking en 4) niet-kerende bodembewerking met compost. Alle maïsplanten werden gekweekt in een houten groeikamer (figuur 2).

Figuur 2: De groeikamer waar de maïsplanten in werden gekweekt.

Wat we verwachtten in het eerste experiment is dat de maïsplanten die gekweekt werden met mycorrhiza meer vluchtige organische stoffen zouden uitstoten, wegens een grote uitstoot van deze gassen door de schimmel. In het tweede experiment daarentegen werd er verwacht dat we verschillen kunnen meten in de uitstoot van de vluchtige organische stoffen in de bodem tussen de verschillende bodembewerkingsmethoden, door de verschillen in de bacteriële en schimmel gemeenschappen.

Om de vluchtige organische stoffen in de bodem te meten, werd een aangepaste trechter in de bodem begraven, om een “luchtbel” te creëren waar de lucht uit de bodem in verzameld kon worden. Uit deze “luchtbel” werd er dan een luchtstaal genomen met een spuit. Na het nemen van het staal, werd het staal toegediend in een machine die de concentratie van de vluchtige organische stoffen kan meten, namelijk de “Proton Transfer Reaction – Time Of Flight – Mass Spectrometer” (PTR-TOF-MS). Na het meten kunnen de concentraties van de vluchtige organische stoffen vergeleken worden tussen de verschillende behandelingen in beide experimenten. Daarnaast werd er getest of er een verband was tussen de bacteriële en schimmel gemeenschappen en de vluchtige organische stoffen die er uitgestoten werden.

Wat werd er ontdekt?

In het eerste experiment hebben we ontdekt dat er een hogere uitstoot van bepaalde vluchtige organische stoffen was in de maïs planten die gekweekt werden zonder mycorrhiza. Terwijl er geen enkele vluchtige organische stof een hogere uitstoot had in de maïsplanten die gekweekt werden zonder mycorrhiza. Dit is niet wat we hadden verwacht. We vonden daarnaast ook dat er een verband was tussen de bacteriële gemeenschap en de uitstoot van de vluchtige organische stoffen, wat het idee kan geven dat de uitstoot van deze gassen vooral gebeurt door bacteriën. Wanneer we kijken naar de gemeten gassen, hebben we de volgende vier stoffen gemeten: propeen, aceton, azijnzuur en hexenal. Deze stoffen zijn volgens voorgaande onderzoeken geassocieerd met de afbraak van organisch materiaal. Wat er mogelijk op wijst dat ze geproduceerd worden door bacteriën tijdens de afbraak van organisch materiaal, gestimuleerd door de plant gekweekt zonder mycorrhiza. We denken hierbij dat planten zonder mycorrhiza moeten waarschijnlijk meer organisch materiaal afbreken dan planten met mycorrhiza, omdat ze geen nutriënten ontvangen van de schimmel.

In het tweede experiment werd er geen verband gevonden tussen de bacteriële en schimmel gemeenschappen en de uitstoot van vluchtige organische stoffen in de bodem. Maar dit hoeft niet te betekenen dat er geen verschil is tussen de bodembewerkingsmethoden, want het verschil kon in dit experiment jammer genoeg niet gemeten worden door een slecht verluchte bodem. Iets wat niet het geval was in het eerste experiment.

Hoe kunnen we verder?

In deze studie is het ons gelukt om vluchtige organische stoffen in de bodem te meten, met als belangrijke voorwaarde dat de bodem goed verlucht is. Toch zijn er nog werkpunten die in de toekomst opgelost moeten worden. Het eerste is dat we eigenlijk niet zeker kunnen zeggen welke bodemorganismen deze stoffen uitgestoten hadden, ondanks dat we door bepaalde testen een link met specifieke bacteriën konden vinden. Een ander probleem is dat we in deze studie vluchtige organische stoffen uit de bovenste bodemlagen hebben gemeten, maar er zijn gassen in de bodem die niet tot de bovenste laag kunnen doordringen. Met als gevolg dat ze niet gemeten werden. Het oplossen van deze overblijvende problemen is cruciaal om de rol van deze gassen in de toekomst verder te onderzoeken.