Introductie

Fertigatie is het toedienen van meststoffen met irrigatiewater. In dit artikel wordt ingegaan op fertigatie met druppelirrigatie en op commerciële meststoffen die kunnen worden gebruikt in gecertificeerde biologische systemen. Er is weinig onderzoek gedaan naar biologische fertigatie, dus er zijn nog veel vragen over de beste praktijken, voordelen en nadelen.

Irrigatie

Meststof kan worden toegediend met behulp van elk irrigatiesysteem. In de groenteteelt is druppelirrigatie het meest gebruikte systeem voor fertigatie en het vereist de meeste kennis voor effectief gebruik. Druppelirrigatie, ook bekend als microirrigatie of druppelirrigatie, brengt het water langzaam, direct op de grond rond het gewas. Druppelirrigatie gebruikt over het algemeen minder dan de helft van het water van beregening boven de grond en beregening met voorvoren. Het rendement van druppelirrigatie ligt boven de 90%, terwijl een sproeisysteem tussen de 50 en 70% efficiënt is. De hoge efficiëntie van druppelbevloeiing is te danken aan (1) het feit dat het water in de bodem dringt voordat het kan verdampen of wegstromen en (2) aan het feit dat het water alleen daar wordt toegediend waar het nodig is (in de buurt van het gewas) in plaats van over het hele veld. In drogere klimaten helpt de toepassing van irrigatiewater op de gewaszone in plaats van op het hele veld om de onkruiddruk tussen de rijen te verminderen. Een ander voordeel van druppelbevloeiing is dat het water minder in contact komt met de bovengrondse gewasgroei (bladeren, stengels en vruchten), waardoor de omstandigheden voor veel ziekten minder gunstig worden. Telers met wisselende watervoorraden kunnen ook de lagere druk (8-10 psi aan de druppelleiding) waarderen die nodig is om een druppelirrigatiesysteem te laten werken. Een goed onderhouden en doeltreffend druppelirrigatiesysteem is een voorwaarde voor succesvolle fertigatie. Raadpleeg Druppelirrigatiesystemen voor kleine conventionele groenteteeltbedrijven en biologische groenteteeltbedrijven en andere hieronder vermelde bronnen voor informatie over het ontwerp, de werking en het beheer van druppelirrigatiesystemen.

Fertigatie

Fertigatie stelt de landbouwer in staat om gemakkelijk voedingsstoffen toe te dienen gedurende het hele seizoen

Alle voedingsstoffen in een oplosbare vorm zijn direct na toepassing beschikbaar voor opname door de plant, waardoor de landbouwer meer controle heeft over de beschikbaarheid van voedingsstoffen voor het gewas. Deze factoren kunnen leiden tot een efficiënter gebruik van meststoffen. Nutriënten kunnen dagelijks, wekelijks of minder frequent worden toegediend, afhankelijk van het algemene nutriëntenbeheersplan voor het gewas. Wanneer voedingsstoffen worden toegediend kort voordat ze nodig zijn, kunnen telers het verlies van voedingsstoffen uit de wortelzone beperken. Dit is vooral belangrijk in gebieden met veel neerslag en voor opgeloste nutriënten die gemakkelijk uitspoelen, zoals stikstof. Vergeleken met methoden voor het toedienen van nutriënten tijdens het seizoen waarbij tractoren of voetverkeer nodig zijn, vermindert fertigatie de kans op verdichting en is het minder afhankelijk van de weersomstandigheden.

Fertigatie maakt deel uit van een nutriëntenmanagementplan

Wanneer fertigatie wordt gebruikt, moet het worden opgenomen in het totale nutriëntenmanagementplan voor het gewas of het veld. De totale hoeveelheid nutriënten die via fertigatie plus andere meststoftoepassingen wordt toegediend, mag niet meer bedragen dan 100% van de geplande totale hoeveelheid toegediende nutriënten.

Verschillende eenheden worden gebruikt om de hoeveelheid nutriënten te beschrijven die gedurende een groeiseizoen aan een gewas wordt toegediend of door dat gewas wordt benodigd: lb/A, lb/sq.ft., lb/plant, en lb/linear bed foot zijn voorbeelden. Wanneer in dit verband oppervlaktematen als acres of vierkante voet worden gebruikt, wordt doorgaans het gehele beteelde deel van het veld als oppervlakte beschouwd en niet alleen de oppervlakte van de bedden of de gewasrijen. In sommige situaties met permanente bedden of zeer ver uit elkaar liggende bedden kan echter alleen de oppervlakte van het bed in aanmerking worden genomen bij de berekening van de hoeveelheid toegediende nutriënten. In elk geval is het nuttig om bij de toediening van nutriënten via irrigatie uit te gaan van dezelfde eenheden als bij andere toediening van nutriënten, omdat het dan gemakkelijk is om te zien hoe fertigatie past in het totale nutriëntenbeheersplan. Een tomatenteler weet bijvoorbeeld dat het gewas ongeveer 100 lb/A stikstof nodig heeft gedurende het groeiseizoen, en schat dat het legumineuze gewas ongeveer 50 lb/A stikstof zal leveren, en is daarom van plan 50 lb/A stikstof toe te dienen via fertigatie. Die 50 lb/A kan over meerdere weken worden toegediend: 10 lb/week gedurende 5 weken of 7 lb/week (gelijk aan 1 lb/dag) gedurende 7 weken, bijvoorbeeld.

In sommige productiesystemen worden de toedieningshoeveelheden voor fertigatie beschreven op basis van de concentratie van nutriënten in de oplossing. Zo kunnen zaailingen van tomaten in een kas worden bemest met een oplossing die 75 ppm (delen per miljoen) stikstof bevat, of kan pac choi die in het veld wordt geteeld, worden bemest met 150 ppm stikstof. Deze terminologie is gebruikelijk in de containerteelt en wanneer bij elke, of bijna elke irrigatie, meststoffen worden toegediend. De nutriëntenconcentratie geeft geen informatie over de toegediende hoeveelheid per hectare, per vierkante meter of per plant, tenzij ook het totale volume toegediend water bekend is.

Rooster voor het toedienen van meststoffen

Er is weinig onderzoek gedaan in biologische systemen om te bepalen wat het beste schema is voor het toedienen van meststoffen via een irrigatiesysteem. We weten dat het belangrijk is om nutriënten in de bodem beschikbaar te hebben wanneer het gewas ze nodig heeft, dus worden ze meestal toegediend voordat ze nodig zijn. We weten dat de opname van voedingsstoffen over het algemeen gelijke tred houdt met de groei van het gewas. Met dit in gedachten is het zinvol om de meeste nutriënten die het gewas nodig zal hebben, in de bodem te hebben tegen de tijd dat het gewas snel begint te groeien, en de rest toe te passen tijdens de periode van snelle groei. Naarmate het gewas de eindoogst nadert en/of de groei vertraagt, kan de toediening van voedingsstoffen worden verminderd of zelfs stopgezet. Om de bemesting te plannen, kan het nuttig zijn een schema te maken waarop elke week van de gewasproductie vanaf het planten tot en met de oogst is aangegeven, de geschatte omvang van het gewas aan het begin van elke week aan te geven en vervolgens de bemesting te plannen rekening houdend met het tijdstip van de gewasgroei. Het doel om de fertigatieschema’s voor de biologische productie nauwkeurig af te stemmen, biedt een kans voor onderzoek op het bedrijf en aan de universiteit.

Wanneer kunstmest injecteren via irrigatie

Meststof toedienen tijdens de laatste fasen van de irrigatie; hierdoor blijft het grootste deel van de kunstmest in de bewortelingszone van het gewas. Geef na het beëindigen van de irrigatie voldoende tijd om het water door het systeem te laten stromen en eventuele resterende deeltjes die de emitters zouden kunnen verstoppen, weg te spoelen. Om te bepalen wanneer u begint met het injecteren van kunstmest zijn verschillende gegevens nodig. Bepaal eerst hoe lang het duurt voordat het water de emitter bereikt die het verst van het injectiepunt is verwijderd. Observeer dit tijdens de eerste besproeiingsbeurten en maak een notitie. Bepaal vervolgens hoe lang het duurt om de gewenste hoeveelheid meststof te injecteren. Dit kan worden gedaan door een injectie te timen of door berekeningen op basis van de hoeveelheid te injecteren oplossing en het debiet van het irrigatiesysteem en de pomp. Het kan nuttig zijn de nutriëntenstroom te controleren door natuurlijke voedingskleurstof als marker te injecteren. Een elektrische geleidbaarheidsmeter (EC) kan ook worden gebruikt om de oplossing bij de emitters te controleren. Bereken ten slotte hoelang voor het einde van de irrigatie moet worden begonnen met het injecteren van de meststof door op te tellen:

1. tijd voor water om van het injectiepunt naar de verste emitter te gaan;
2. tijd om de meststofoplossing te injecteren;
3. tijd voor het laatste beetje meststofoplossing om de verste emitter te bereiken;en
4. extra tijd om het systeem door te spoelen.

Bij voorbeeld, het duurt een half uur om water van het injectiepunt naar de verste emitter te brengen, een uur om de oplossing te injecteren, en een half uur om het systeem door te spoelen. Dan moet de fertigatie 2,5 uur voor het einde van de irrigatie beginnen: ½ uur voor het water om van het injectiepunt naar de verste emitter te gaan + 1 uur om de oplossing te injecteren + ½ uur voor het laatste beetje kunstmestoplossing om de verste emitter te bereiken + ½ uur om het systeem door te spoelen. Als het 7 uur duurt om de gewenste hoeveelheid water op een veld te sproeien, dan zou in dit voorbeeld de irrigatie 4,5 uur ( 7 – 2,5) na het begin van de irrigatie beginnen. Raadpleeg de onderstaande bronnen over druppelirrigatie voor meer informatie over het plannen van druppelirrigatie.

Nutriënten moeten na injectie volledig uit het irrigatiesysteem worden gespoeld om de druppelleidingen schoon te houden en verstopping te voorkomen. Als verstopping een probleem wordt, kan het helpen om de uiteinden van de druppelleidingen te openen en regelmatig tijdens het seizoen water door de druppelband en uit de uiteinden van de leidingen te spoelen.

Verdeling van de nutriënten in de bodem

De via druppelirrigatie toegediende nutriënten zullen worden verdeeld volgens het bevochtigingspatroon van de bodem. Het bevochtigingspatroon van de bodem is meestal halfrond of ovaal, met het breedste gedeelte op de diepte van de emitter (of het bodemoppervlak als de druppelband niet begraven is) en het diepste punt direct onder de emitter. De afstand die het water horizontaal in de bodem aflegt en de bevochtigingsdiepte zijn afhankelijk van de bodemtextuur, de irrigatiesnelheid en de irrigatieduur. De irrigatiesnelheid en -duur moeten worden aangepast aan de waterbehoefte van het gewas.

Succesvolle fertigatie

Hieronder volgen enkele algemene richtlijnen betreffende fertigatieproducten en irrigatiesystemen voor het injecteren van meststoffen, aangepast uit “Commercial vegetable production, fertigation of vegetable crops” (Marr, 1993).

• Gebruik een meststof die zich gemakkelijk met water vermengt; als het product niet volledig oplost, moet het kleine deeltjes hebben die in suspensie blijven en door de emitters gaan zonder verstopt te raken.
• Heb het druppelirrigatiesysteem volledig onder druk voordat met injecteren wordt begonnen; de emitter die het verst van de pomp is verwijderd, moet op volle druk staan wanneer met injecteren wordt begonnen.
• Installeer een terugstroombeveiliging tussen de waterbron en de kunstmestinjector om de waterbron te beschermen. In sommige staten is dit wettelijk verplicht en kunnen de kenmerken van het apparaat worden gespecificeerd. Neem contact op met uw staat of de plaatselijke autoriteiten.
• Installeer een filter tussen de injector en de lateralen om ervoor te zorgen dat onopgeloste deeltjes worden uitgefilterd zodat ze de emitters niet verstoppen. Afhankelijk van de waterbron en het injectortype kan ook een filter nodig zijn tussen de waterbron en de injector.
• Meststof injecteren gedurende ten minste de tijd die het systeem nodig heeft om op volle druk te komen. Hierdoor heeft elke emitter in de druppelleiding dezelfde contacttijd met de voedingsoplossing als deze door het irrigatiesysteem gaat en wordt de variabiliteit in de verdeling van de meststof verminderd.
• Spoelt de voedingsstoffen na injectie volledig uit het irrigatiesysteem om de druppelleidingen schoon te houden en verstopping te voorkomen.

Mestgiftemateriaal

Injectoren spuiten een geconcentreerde voedingsoplossing uit in de hoofdleiding van het irrigatiesysteem. Er zijn twee basis werkingswijzen voor meststofinjectoren: venturi en positieve verplaatsing.

Venturi Bypass: Een venturi-injector werkt volgens het principe dat zuigkracht (negatieve druk) wordt gecreëerd wanneer water door een zone van vernauwing gaat. Deze zuigkracht wordt gebruikt om de meststofoplossing in de irrigatieleiding te zuigen. De waterdruk en het debiet zijn bij venturi-injectoren enigszins variabel, wat resulteert in een kunstmestconcentratie die tijdens de injectietijd een pulsachtig patroon volgt. Bij veel bedrijven is een constante concentratie in de eindoplossing echter niet nodig, en worden venturi’s met succes gebruikt. De Hozon is het meest gebruikelijke voorbeeld van een eenvoudige, goedkope en gemakkelijk te onderhouden venturi-injector. Dergelijke kleine injectoren hebben een lage inspuitverhouding en vereisen dus een grote voorraadtank voor meststoffen, waardoor zij slechts op kleine oppervlakten (meestal ½ acre of minder) kunnen worden gebruikt. Grotere venturi-injectoren, zoals de Mazzei (fig. 1), zijn beschikbaar voor grotere oppervlakten.

Figuur 1. Een Mazzei injector, klaar om in de irrigatieleiding te worden gestoken, is een veelgebruikte venturi bypass injector en is geschikt om oppervlakten groter dan ½ acre te bemesten. Foto credit: Tim Coolong, Universiteit van Kentucky.

Positieve verdringing: Positieve verplaatsingsinjectoren maken gebruik van de heen-en-weergaande werking van een zuiger of membraan om meststof in de irrigatieleiding te injecteren. Deze pompen worden inline geïnstalleerd en hebben geen bypass nodig (fig. 2). De waterdruk, die door de injector in de irrigatieleiding stroomt, levert de energie die nodig is om het injectieproces te activeren. De meststofoplossing wordt in precieze volumes met een constante concentratie en stroomsnelheid in de irrigatieleiding getrokken. Bij een membraanpomp komt de kunstmestoplossing niet in contact met het pompmechanisme, in tegenstelling tot de zuigerpomp. Daarom heeft de membraanpomp minder problemen met de werking, het onderhoud en de vervanging van onderdelen. Verdringerinjectoren bieden grotere inspuitverhoudingen en vereisen een kleinere kunstmestvoorraadtank. Deze kenmerken maken deze injectoren geschikt voor grote arealen. Enkele veelgebruikte merken verdringerinjectoren zijn de Dosatron-, DosMatic- en Chemilizer-injectoren.

Figuur 2. Een Chemilizer-injector is een voorbeeld van een membraaninjector met positieve verplaatsing. Foto: Tim Coolong, Universiteit van Kentucky.

Organische meststofproducten

Om kunstmest doeltreffend via irrigatie te kunnen afgeven, moet de meststof oplosbaar zijn en/of moeten onopgeloste deeltjes door het irrigatiesysteem kunnen worden vervoerd zonder verstoppingen te veroorzaken. Er zijn vele biologisch goedgekeurde vloeibare meststoffen en meststoffen in poedervorm die volledig oplosbaar zijn en kunnen worden gebruikt voor irrigatie. Raadpleeg het USDA National Organic Program Handbook (2010) voor nieuwe informatie over vloeibare organische meststoffen. Tabel 1 bevat een lijst met producten uit de merknamenlijst van het WSDA (Washington State Department of Agriculture) Organic Food Program en de OMRI (Organic Materials Review Institute) Productlijst (per maart 2010) waarvan op het etiket staat vermeld dat ze geschikt zijn voor fertigatie. Lees voor meer informatie over productiemiddelen het gerelateerde eOrganic-artikel Can I Use This Input On My Organic Farm. Neem altijd contact op met uw certificeerder voordat u een nieuw product gebruikt.

Kostenanalyse voor fertigatieproducten

Tabel 1 bevat een kostenanalyse van fertigatieproducten op basis van de kosten per eenheid stikstof. De analyse omvatte drie stappen. Ten eerste werd de prijs van het product van commerciële leveranciers bepaald (de producten waren geprijsd in november 2009). Ten tweede werd voor producten die op volumebasis werden verkocht, contact opgenomen met de fabrikanten voor informatie over het volumegewicht. Als een product bijvoorbeeld per gallon werd verkocht, werd de fabrikant gevraagd hoeveel een gallon van het product weegt. En ten derde werd de waarde voor het stikstofgehalte op het etiket van het product gebruikt om de kosten van een pond stikstof van dat product te berekenen. Om de kosten van elk kunstmestproduct te berekenen, werd de door de Oregon State University ontwikkelde calculator voor organische kunstmest gebruikt. Op basis van deze analyse varieerden de kosten per pond stikstof voor vloeibare en oplosbare organische meststofproducten van $ 4,60 tot $ 136,50 per pond en de hoeveelheid stikstof in meststofproducten varieerde van 0,4 tot 5%.

overwegingen inzake vloeibare organische meststoffen

Bij de keuze van een meststofproduct voor fertigatie zijn er naast de prijs per stikstofeenheid nog andere overwegingen, zoals

• aanwezigheid van andere nutriënten dan stikstof
• evenwicht van nutriënten
• gemak van toediening

Bovendien, sommige producten lossen gemakkelijk op in water en worden snel in het irrigatiesysteem geïnjecteerd zonder problemen te veroorzaken zoals verstopte filters en emitters, terwijl andere producten niet gemakkelijk oplossen of de emitters eerder verstoppen. Een ander belangrijk punt is de aanwezigheid van oplosbare zouten in de meststof. Verschillende vloeibare en oplosbare organische meststoffen, vooral die met een hoog stikstofgehalte, worden vaak gemaakt met natriumnitraat (NaNO3), dat gewoonlijk Chileens nitraat of Chileense salpeter wordt genoemd. Natriumnitraat is een natuurlijk voorkomende stikstofverbinding die 16% stikstof (N) bevat, op grote schaal wordt gebruikt voor organische meststoffen en goed oplosbaar is in water. Wanneer natriumnitraat oplost, is het natriumion beschikbaar voor opname door planten in de bodemoplossing en kan het bij relatief hoge concentraties problemen opleveren voor sommige gewassen. Telers wordt aangeraden producten op kleine schaal te testen om er zeker van te zijn dat het product geschikt is voor het specifieke irrigatiesysteem en het gewas of de gewassen waarvoor het zal worden gebruikt. Natriumnitraat is weliswaar toegestaan, maar volgens de NOP-regelgeving is het gebruik van natriumnitraat beperkt tot maximaal 20% van de totale stikstofbehoefte van het gewas.

Telers moeten zich er ook van bewust zijn dat het National Organic Program (NOP) van de USDA in oktober 2009 een grondige herziening heeft geëist van alle vloeibare organische meststoffen met een stikstofgehalte van meer dan 3%. Deze herziening was het gevolg van de bevinding van de NOP begin 2009 dat twee vloeibare biologische meststoffen op de markt in de VS niet voldeden aan de NOP-voorschriften. De twee producten waren Marizyme en Agrolizer, beide gemaakt door Port Organic, Ltd. Meststoffen met hogere stikstofpercentages (>3%) moeten nu beschikken over documentatie van een inspectie door een derde partij, waaruit blijkt dat alle stikstof afkomstig is van goedgekeurde bronnen. Om door de NOP erkend te worden, moeten de derde partijen die de producten beoordelen, de producenten van meststoffen controleren op basis van de NOP-voorschriften, en zelf ook een audit ondergaan. Deze strengere maatregelen zijn bedoeld om de certificeerders te helpen een zo goed mogelijk oordeel te vellen bij het goedkeuren van biologische meststoffen en andere inputs.

Referenties en citaten