Wetting agents verbeteren de droogtetolerantie en plantengroei

Een eerste onderzoek naar de effecten van wetting agents op de fysiologie van planten bewijst dat surfactants niet alleen de beschikbaarheid van water in de bodem verbeteren, maar ook de groei en droogtetolerantie van planten. Vasileios Giannakopoulos, PhD-onderzoeker aan Lancaster University, is bezig met het afronden van zijn driejarig onderzoeksproject en is enthousiast over de resultaten: “Dit zal niet alleen gevolgen hebben voor het professionele onderhoud van grasmatten, maar ook voor de uitdaging met betrekking tot de opwarming van de aarde en voedselzekerheid.”

Het doel van het onderzoek, dat een samenwerking is tussen Lancaster University en ICL, was te onderzoeken hoe wetting agents de interacties tussen bodem en plant veranderen en hoe planten kunnen groeien en beter reageren op uitdroging van de bodem. “Wetting agents worden nu vooral gebruikt bij het onderhoud van grasmatten, waarbij ze zeer goed werken om waterafstotende bodems en lokale droge plekken aan te pakken. Maar met dit onderzoek hopen we te bewijzen dat ze ook voordelen hebben op het niveau van de plantenfysiologie, wat de weg naar andere branches vrijmaakt”, zei Vasileios in een eerder interview afgelopen jaar. Op dit moment is Vasileios zijn proefschrift aan het afronden en voorbereiden voor indiening. Wij vroegen hem naar de belangrijkste resultaten van drie jaar onderzoek.

Overzicht van de onderzoeksresultaten

• Surfactants verhogen de beschikbaarheid van water in de bodem
• Surfactants verhogen de transpiratie met ~13%
• Surfactants verbeteren de droogtetolerantie van planten
• Surfactants verbeteren de plantengroei met ~20%

Kernresultaat 1: Verbeterde beschikbaarheid van water in de bodem

Het onderzoek bewijst dat de toepassing van surfactants op de bodem de beschikbaarheid van water in de bodem verhoogt. Dit betekent dat bij hetzelfde vochtgehalte in de bodem, water met behulp van surfactants beter beschikbaar was voor de wortels. Vasileios: “Bij de proeven in het laboratorium gebruikten we een zandgrond die tot verzadiging werd gemengd met water of met water en een surfactant. Wij hebben de beschikbaarheid van water in de bodem gemeten voor een reeks bodemvochtgehaltes, met behulp van thermokoppel-psychrometers.” (Afbeelding 1)

Afbeelding 1. Voorbereiding van het monster voor metingen in deze kamers, d.w.z. psychrometers.

Kernresultaat 2: Verhoogde transpiratie

De toepassing van een surfactant verhoogde de transpiratie van gerst met ongeveer 13% onder goed bewaterde omstandigheden en bij een hoge verdampingsvraag. Dit betekent dat de huidmondjes op de bladeren meer open stonden wanneer een surfactant werd toegepast. Vasileios: “De gerstplanten werden gekweekt in een zandbodem (behandeld met een surfactant of alleen met water) in een kas en werden goed bewaterd gehouden. De transpiratie bij een hoge verdampingsvraag werd gemeten in een ‘whole plant gas exchange chamber’ (ruimte voor gasuitwisseling van de gehele plant). Alleen de scheut bevond zich in de ruimte, de wortels werden erbuiten gehouden.” (Afbeelding 2 en 3)

Afbeelding 2. Whole Plant gas exchange chamber (zonder wortels).

Afbeelding 3. Metingen van hoe open de huidmondjes van de plant zijn (geleidbaarheid van de huidmondjes).

Kernresultaat 3: Verbeterde droogtetolerantie

Het onderzoek toonde aan dat de toepassing van surfactants de droogtetolerantie van planten verbeterde. Het experiment was vergelijkbaar met kernresultaat 2. Dezelfde soorten en dezelfde bodemsamenstelling werden gebruikt, maar deze keer werden de planten gemeten bij een milde uitdroging van de bodem. Vasileios: “We ontdekten dat de waterhuishouding in het blad bij gerstplanten die groeiden in een met surfactant behandelde bodem hoger was dan bij onbehandelde planten bij een lage verdampingsvraag. De planten die met een surfactant werden behandeld, ondervonden duidelijk minder droogtestress. De metingen werden uitgevoerd met een drukkamer.” (Afbeelding 4)

Afbeelding 4. Metingen van de waterhuishouding in het blad met behulp van een drukkamer.

Afbeelding 5. Inbrengen van een bodemvochtsonde in de pot voor bodemvochtmetingen, terwijl transpiratie en fotosynthese worden gemeten met een ‘whole plant gas exchange chamber’.

Kernresultaat 4: Betere plantengroei

Uit het onderzoek bleek dat het gebruik van wetting agents de plantengroei verbeterde. De droge scheutbiomassa was ongeveer 20% hoger bij zowel gerst- als maïsplanten in vergelijking met de onbehandelde planten. Vasileios: “Gerst en maïs werden in een zandgrond geteeld zoals voorheen, de helft van de planten werd behandeld met een surfactant en de andere helft diende als onbehandelde controles. Ze werden goed bewaterd en kregen regelmatig voeding. In alle experimenten werd dezelfde meststof gebruikt. Na drie weken groei werden de planten geoogst, de scheutbiomassa (bladeren/stelen) werd in de oven gedroogd tot een constante massa en gewogen om de droge scheutbiomassa te verkrijgen.”

COVID-19: een plan B is essentieel

Door COVID-19 liep het project van Vasileios een paar maanden vertraging op. Sommige experimenten waren nog niet afgerond en nu de laboratoria gesloten waren, had Vasileios een plan B nodig: “Ik moest er rekening mee houden dat de laboratoria misschien helemaal niet open zouden gaan en dat ik in plaats daarvan simulaties op de computer moest uitvoeren om het gedrag van de plant te voorspellen.” Gelukkig gingen de laboratoria afgelopen zomer wel open en kon Vasileios zijn onderzoek volgens plan uitvoeren. “Bijna volgens plan”, voegt hij hieraan toe. “Onderdeel van het doen van promotieonderzoek is dat dingen niet altijd volgens plan gaan en dat je je voortdurend moet aanpassen aan onvoorziene situaties. COVID-19 gaf ons minder tijd dan verwacht voor de experimenten. Ik wilde het effect van surfactants op de vochtverdeling in de bodem en de vermeende invloed op de interactie tussen planten en water testen, maar de tijd liet het niet toe en ik moest die doelstelling enigszins aanpassen.”

Volgende stappen

In de komende weken werkt Vasileios aan het afronden van zijn proefschrift dat zal worden beoordeeld door twee deskundigen, een van Lancaster University en een externe deskundige. De examinatoren zullen het proefschrift grondig lezen en tijdens zijn verdediging zal Vasileios hun vragen beantwoorden en eventuele feedback bespreken. “Hopelijk wordt het een vruchtbare discussie, waarna ik een herzien, definitief proefschrift zal indienen. Wie weet wat dan de volgende stap zal zijn? Dit onderzoek heeft nog veel onbeantwoorde vragen.” Wat zijn toekomstige ambities betreft, hoopt Vasileios in de academische wereld te blijven, maar hij sluit een baan in de sector ook niet uit. “Ik denk dat ik op zoek ga naar postdoctorale werkplekken in het Verenigd Koninkrijk, bij voorkeur op het gebied van surfactants, de interactie tussen planten en water en droogtestress, die allemaal verband houden met voedselzekerheid. Ik weet dat ik niet alles tegelijk kan doen, maar ik wil blijven leren en bij het onderzoek betrokken blijven. Een bevinding kan klein zijn, maar levert altijd een belangrijke bijdrage aan de algemene kennis en aan onze samenleving.”

>> Deze wetting agents werden gebruikt in het onderzoek: H2Pro AquaSmart en H2Pro FlowSmart

>> Een artikel over Vasileios' onderzoek werd onlangs gepubliceerd voor de European Turfgrass Society Conference Proceedings in 2020. Lees hier meer.