02 november 2018

Ons voedsel (19): Is er een worm apocalyps gaande?

Recentelijk zijn er meerdere onderzoeken en berichten verschenen naar de invloed van de mens op het ecosysteem: het aantal insecten is dramatisch aan het afnemen, naar het verdwijnen van bossen en oerwouden (zie ook hier), naar de invloed van de opkomst van de mensheid op al het leven van andere wezens op onze planeet. Daar is een nieuwe aan toe te voegen: het aantal wormen lijkt ook sterk af te nemen. Maar eerst, wat doen wormen eigenlijk?

Bijdrage van wormen

Er zijn op aarde duizenden soorten wormen. Hierbinnen zijn ongeveer 2700 soorten regenwormen. Deze zijn op te splitsen in 3 groepen:
  • Epigeics/strooiseleters: Deze zijn bruin of roodbruin. Ze voeden zich met rottend bodemmateriaal en zitten boven (in) de bodem. Ze zijn matig tot slecht in het graven van gangen in de bodem.
  • Anecics/pendelaars: Deze wormen bewegen vooral verticaal en slepen organisch materiaal de bodem in (zie ook 2e figuur hieronder voor hun gegraven gangenstelsel).
  • Endogeics/grondeters: Deze wormen bewegen horizontaal en verticaal door de bodem en eten organisch materiaal. Deze wormen bouwen uitgebreide gangenstelsels (zie ook 2e figuur hieronder voor hun gegraven gangenstelsel).
Bijdrage van verschillende typen wormen aan bodemprocessen
Bron: http://hwodka.nl/images/RegenwormenonderzoekHW-NL-MINI-compressed2.pdf
Verschillende typen wormen maken verschillende soorten gangenstelsels
Bron: https://www.agvise.com/wp-content/uploads/2018/03/Steve-Crittenden-A-soil-quality-story-from-the-Netherlands.pdf

Wormen zijn fascinerende beestjes die een enorm belangrijke bijdrage aan een gezonde bodem leveren (Bron 1 en 2):
  1. Ze stimuleren microbiologische activiteit, omdat hun uitwerpselen zeer veel micro-organismen bevatten
  2. Ze mixen en structureren de bodem, omdat wormen een bepaalde soort bodem aggregaat uitscheiden, wat van groot belang is bij het structureren van de bodem. Daarnaast eten ze het en graven ze verder, waarna ze iets uitpoepen, op die manier mixen ze de bodem. Sommige wormen doen dit vooral horizontaal (Endogeics), andere doen dit ook verticaal (Anecics).

    Een gezond bodemleven maakt een gezonde kruimelige bodem
    Bron: http://www.permaculturenews.org/images/soil_macroaggregates_details_large.jpg
  3. Ze vergroten de infiltratiecapaciteit, omdat ze enorme gangenstelsels maken. Deze gangen verbeteren ook de beluchting van de bodem.
  4. Ze vergroten het water vasthoudend vermogen van de bodem, omdat hun uitwerpselen de bodem aggregaten versterken en dit materiaal ook goed water vast kan houden
  5. Ze verbeteren de doorwortelbaarheid van de bodem, omdat de gangenstelsels die ze maken vol zitten met verteerde nutrienten en deze gangen direct bruikbaar zijn voor wortels om in te groeien (ruimte en voedingsstoffen)
  6. De uitwerpselen van de wormen neutraliseren de extremen in de PH van de bodem, zowel alkaline als zure bodems.
  7. Grote populaties van wormen verkleinen de kans op ziekten. Daar waar veel wormen in de bodem zijn, zijn beduidend minder parasitaire nematoden. Ook andere ziekten lijken met grote wormen populaties te verminderen.
  8. Ze kunnen koolstof vastleggen
Tegelijkertijd kan de introductie van nieuwe wormensoorten in gebieden waar deze soort nog niet voorkwam ongewenste gevolgen hebben. Zo heeft de introductie van de gewone regenworm (Lumbricus terrestris, een penderlaar) in Noord Amerika grote gevolgen voor de bladbodem van bossen: de bladbedekking van de bodem neemt af, wat een grote impact kan hebben op de warmte van de bodem, begroeiing van de bosbodem en de nutrientcyclus van het bos (bron en artikel).

Leefomgeving van wormen en aantallen


Wormen zijn ongewervelde beestjes, die een grote bijdrage leveren aan de bodemvruchtbaarheid. Omdat ze hun eigen vochtgehalte niet goed op peil kunnen houden, leven ze in vochtige bodems. Daardoor gaat de voorkeur uit naar klei/silt bodems boven zandbodems.
Dit komt goed naar voren in een onderzoek uit 2009 van Field et al. Zij hebben onderzoek gedaan naar het aantal wormen wat voorkomt in een onverstoord bosgebied. Hierbij hebben ze gekeken naar 4 typen:
- hardhout loofbos op kleigrond
- hardhout loofbos op zandgrond
- naaldbos op kleigrond
- naaldbos op zandgrond
De resultaten zijn in onderstaande figuur weergegeven. Te zien is dat rond de bomen in kleigronden het aantal wormen/m2 duidelijk hoger is dan rond de bomen in zandgronden (50 tot 150 versus 0 tot 50).
Hierbij is de wormen populatie bij coniferen minder dan bij hardhout loofbomen. Mogelijk dat dit komt doordat naaldbossen voedselarmer zijn, vanwege de moeilijke verteerbaarheid van de naalden. Daarnaast is de bodem in naaldbossen over het algemeen vrij zuur. Hoe zuurder de bodem wordt, hoe minder goed wormen hier namelijk kunnen leven. Bodems met een PH lager dan 5 hebben bijna geen wormen meer.

Aantal wormen in loofbos en conifeer bos op zowel zand als klei
Bron: https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/64878/Field_Jennifer_2009.pdf?sequence=1

Volgens deze site zijn hoge aantallen wormen in een bos rond de 150 wormen per m2. Dit impliceert dat de hardhout klei wormen aantallen behoorlijk op het maximum haalbare zitten.
In ecosystemen met minder hout, maar meer kruiden en grassen lijken hogere wormen aantallen voor te komen. Hierbij kunnen aantallen oplopen tot 300 of zelfs 450 wormen/m2 (bron 1, 2 en 3). In Nederlandse veenweide gebieden waar de grondwaterstand eigenlijk nooit verder uitzakt dan 10 cm beneden maaiveld, kunnen aantallen zelfs oplopen tot boven de 1000 wormen/m2.
Dit verschil in aantallen komt mede, omdat de uitwerpselen van wormen vooral bacterien aantrekt. Worm dominante bodems, worden dus rijk aan bacterien. Gebieden met grassen en kruiden zijn bacterie en worm dominant. Daarentegen zijn bossen schimmel dominant, waar wormen dus minder goed gedijen.

Kortom:
- hoe beter de bodem vochtig blijft, hoe meer wormen er voorkomen (voorkeur voor klei/ silt bodems boven zandbodems).
- Daarnaast moeten bodems niet te zuur zijn. Ook in te basische bodems gedijen ze niet goed.
- Verder geld dat hoe hoger het organische stofgehalte is, hoe meer wormen er zijn. Hierbij speelt ook meer dat bodems met een hoog organisch stofgehalte een beter watervasthoudend vermogen hebben.
- Tenslotte lijkt het aantal wormen tussen de jaren voornamelijk te varieren op basis van de wintertemperatuur: in het Nederlandse veenweide gebied met hoge grondwaterstanden sterven als het koud is sterven meer wormen, en is het aantal wormen het jaar daarna dus lager, ten opzichte van jaren met warmere winters.

Impact van wormen

Om inzichtelijk te maken wat de impact van wormen kan zijn, heb ik een aantal getallen op een rijtje gezet.
Per dag kunnen ze de helft tot 5 en mogelijk zelfs tot 30 maal hun eigen gewicht eten en uitpoepen, ik ben uitgegaan van 0,5 tot 5 maal hun eigen gewicht. Het gemiddelde gewicht is niet echt duidelijk. De regenwormen van gemiddelde lengte uit mijn tuin wogen ongeveer 1 gram, wat overeenkomt met andere getallen die ik ben tegengekomen. Ik ben daarom uitgegaan van 1 gram. In bodems leven tussen de 30 tot 300 wormen/m2. Hiermee heb ik ingeschat hoeveel bodem wormen opeten en verwerken.
Bij lage wormen aantallen wordt maar een millimeter tot een centimeter bodem per jaar verwerkt en uitgepoept; in gezonde bodems daarentegen, kunnen de wormen een centimeter tot een decimeter gezonde bodem per jaar eten, verwerken en uitpoepen. Kortom, een enorme impact!

Gram/worm 1 1 1 1 1 1 1 1
factor poep/dag/eigen gewicht 0,5 2,5 0,5 2,5 0,5 2,5 0,5 2,5
wormen in de bodem/m2 30 30 300 300 30 30 300 300
Dagen actieve wormen/jaar 100 100 100 100 200 200 200 200
kg bodem gegeten/m2/jaar 1,5 7,5 15 75 3 15 30 150
Dichtheid bodem [kg/m3] 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600
Dikte bodempakket [cm/jaar] 0,09 0,45 0,9 4,7 0,2 0,95 1,9 9,4


Hoe snel graven wormen hun gangen? En hoeveel m gang graven ze per jaar?
Onderstaande video laat de impact van 1 maand graven in bijna 2 minuten (elke 15 minuten 1 foto), met 3 soorten wormen. Grofweg lijken wormen ongeveer 1 cm/dag te graven, dit hangt natuurlijk ook af van hoe los/vast de bodem is, en of sterk de bodem als is opengewoeld. Daarnaast worden wormgangen hergebruikt, zoals onderstaande video laat zien. Op basis van 1 cm/dag, is dat dus ongeveer 1,5 m wormgang per jaar (niet alle wormen zijn het hele jaar actief). Dus als er in een m2 bodem 300 wormen zitten, dan graven deze wormen hier ongeveer 450 m gang in dat stuk van 1 m2. Een behoorlijke impact dus op je bodem!

Bioturbation - Worms at Work from Wim van Egmond on Vimeo.

Impact van grootschalige landbouw op wormen

Op verschillende plaatsen in de wereld worden nog zeer langdurige landbouwkundige proeven uitgevoerd. Een van de langere proeven is die in Rothamsted. Hier wordt al sinds 1854 onderzoek gedaan naar de impact van kunstmest en dierlijke mest op opbrengsten. Zo wordt duidelijk dat zonder bemesting opbrengsten echt veel lager zijn, dan met mest (zie onderstaande figuur). Toepassing van NPK-kunstmest of boerderijmest (FarmYardManure) geeft eigenlijk geen verschil in opbrengst. Nieuwe varieteiten, rotaties en boerderijmest met aanvullende kunstmest geeft wel hogere opbrengsten.
Gedurende deze onderzoeken zijn een aantal keren ook het aantal wormen in de bodem bepaald. Hierbij is alleen het aantal wormen geteld in de NPK-kunstmest-plot en de boerderijmest-plot. De resultaten zijn zeer opvallend. In de eerste ongeveer 70 jaar is de wormenpopulatie in de NPK-kunstmest-plot met 50% afgenomen ten opzichte van de boerderijmest-plot. In 2017 was het verschil tussen deze 2 plots zelfs opgelopen tot meer dan 80%. Kortom, de toepassing van chemische mest ten opzichte van boerderijmest is funest voor de wormen in de bodem en zou een wormapocalips veroorzaken.

Lange termijn impact van landbouw op wormen aantallen
Bron: http://www.mdpi.com/2571-8789/2/2/33

Van 2010 tot 2012 heeft de Universiteit van Wageningen in de Hoeksche Waard een onderzoek naar wormen uitgevoerd. Hierbij hebben ze gekeken naar het aantal wormen per m2 in de bodem. Allereerst is gekeken naar verschillen in grondbewerking: niet kerende grondbewerking versus ploegen. Onderstaande figuur laat zien dat daar waar geploegd is minder wormen aanwezig zijn ten opzichte van niet kerende grondbewerking: 185 versus 225. Te zien is dat pendelaars/Anecics in beide percelen niet voorkomen, de strooiseleters/Epigeics en de grondeters/Endogeics komen wel voor.

Aantallen wormen in geploegd land en land wat bewerkt is met niet kerende grondbewerking
Bron: http://hwodka.nl/images/RegenwormenonderzoekHW-NL-MINI-compressed2.pdf

Daarnaast is er op een andere akker gekeken naar het verschil tussen een niet geploegde akkerrand versus een geploegde akker. In onderstaande figuur is te zien dat er bij de akkerrand veel meer wormen zijn dan in de geploegde akker 268 versus 150. Bij de akkerrand is de diversiteit in verschillende typen wormen ook veel groter: er zijn pendelaars/Anecics, meer strooiseleters/Epigeics en meer grondeters/Endogeics.

Aantal wormen in de bodem bij geploegd land versus de niet geploegde akkerrand
Bron: http://hwodka.nl/images/RegenwormenonderzoekHW-NL-MINI-compressed2.pdf

Door van Eekeren et al is in 2010 een onderzoek gepubliceerd naar de invloed van verschillende typen agrarische landgebruik op wormen aantallen. De bodem in het perceel bestaat uit zandige leem. In het onderzoek zijn op 4 typen landgebruik onderzoek uitgevoerd:- Permanent Grasland (sinds 1966) - PG
- Tijdelijk Grasland (sinds 1966) - TG - een rotatie van 3 jaar grasland en 3 jaar veevoeder gewas
- Tijdelijk Akkerbouw (sinds 1966) - TA - een rotatie van 3 jaar akkerbouw gewassen met 3 jaar gras
- Permanent Akkerbouw (sinds 1966) - PA - continue akkerbouw gewassen

De resultaten van de wormenaantallen over 3 jaren zijn weergegeven in onderstaande figuur. Te zien is dat het Permanente Grasland, waar niet geploegd wordt, de hoogste wormen aantallen heeft. In het Tijdelijk Grasland, wat na 3 jaar veevoedergewas in 2002 weer 3 jaar grasland werd, herstelde de wormenpopulatie zich in deze 3 jaar tot vergelijkbare niveaus als het Permanente Grasland. Het Tijdelijk Akkerbouw plot, wat net 3 jaar grasland had gehad, had ook in het eerste jaar lage wormenaantallen en bleef laag. In het Permanente Akkerbouw plot waren wormenaantallen erg laag en namen deze af over de 3 jaar, wat mogelijk met klimatologische factoren samen heeft gehangen, aangezien hier al 36 jaar akkerbouw was gepleegd.

Verandering van het aantal wormen door de tijd bij veranderend landgebruik
Bron: http://www.louisbolk.org/downloads/2404.pdf

In het perceel is tevens bepaald hoeveel volwassen wormen van de 3 typen wormen er voorkwamen over deze 3 jaren; het aantal volwassen wormen is dus lager dan het totale aantal wormen. De gemiddelde waarden over de 3 jaar zijn weergegeven in onderstaande figuur.
Te zien is dat in het permanente grasland alle 3 de typen wormen voorkomen. In het tijdelijk grasland komen de pendelaars/Anecic nog een beetje voor. In beide akkerbouw percelen komen de strooiseleters/Epigeics niet voor, alleen de grondeters/Endogeics komen er in voor.

Aantallen verschillende typen wormen bij verschillend landgebruik
Bron: http://www.louisbolk.org/downloads/2404.pdf
Een zeer recent onderzoek in het Verenigd Koninkrijk uitgevoerd door Rothamsted Research in het voorjaar van 2018 laat zien dat er ook op het Engelse platteland, wormen in akkers matig tot slecht aanwezig zijn.

Resultaten wormen onderzoek 2018 VK
Bron: https://www.fwi.co.uk/arable/land-preparation/soils/major-survey-finds-worms-are-rare-or-absent-in-20-of-fields

In 2014 is een onderzoek gepubliceerd waarbij gekeken is naar verschillende typen landgebruik voor zowel geintegreerde als biologische landbouw op een duurzame boerderij in Duitsland. De bodems op deze duurzame proefboerderij bestaat uit een breed spectrum van klei, silt, loss en zand; waar de worm onderzoeken zijn uitgevoerd is niet duidelijk. Hierbij is gekeken naar:
- normaal landbouw gebruik (A)
- landbouw gebruik met agroforestry (alley cropping) (AAF)
- weiland (M)
- akkerranden (Ma)
- onder de populierenbomen die voor agroforestry gebruikt worden (P)
Daarnaast is gekeken naar natuurlijke ecosystemen in de omgeving:
- in het bos (F)
- aan de rand van het bos (Fe)
- op open plekken in het bos (Fa)
De resultaten laten zien dat bij biologische landbouw veel meer wormen in de bodem aanwezig zijn, dan bij reguliere landbouw (30 tot 200 versus 50 tot 300). Het verschil tussen de wormenaantallen wordt vooral veroorzaakt door het al dan niet gebruiken van chemische bestrijdingsmiddelen.
Te zien is dat wormenaantallen bij reguliere landbouw gelijkwaardig zijn aan de proeven van Van Eekeren. De resultaten van het onderzoek in de Hoeksche Waard zijn duidelijk anders dan hier. Verder zijn de resultaten van bos ook vergelijkbaar met die gevonden door Field et al.

Aantallen wormen bij verschillend landgebruik
Bron: http://orgprints.org/23992/1/23992%20for%20ISOFAR%20conference%202014_MM.pdf

Landsdekkend beeld over wormen in Nederland

Op basis van metingen uit de Bodembiologische database zijn met behulp van modellen de aantallen wormen in Nederland ingeschat. Deze zijn te vinden in de atlas natuurlijk kapitaal.  

Wormen: verdwijnen ze of niet?

Het geheel overziend kom ik tot het volgende beeld:
- hoe beter de bodem vochtig blijft, hoe meer wormen er voorkomen (voorkeur voor klei/ silt bodems boven zandbodems).
- hoe hoger het organische stof gehalte is, hoe meer wormen er in de bodem zitten
- wormen houden van een neutrale bodem. In te zure (ph onder de 5) en te alkaline bodems zijn wormen aantallen zeer laag.
- Tenslotte lijkt het aantal wormen tussen de jaren voornamelijk te varieren op basis van de wintertemperatuur: in het Nederlandse veenweide gebied met hoge grondwaterstanden sterven als het koud is sterven meer wormen, en is het aantal wormen het jaar daarna dus lager, ten opzichte van jaren met warmere winters.
- In bossen zijn wormen aantallen lager dan in kruidenrijke gebieden/ grasvlakten (max 150 versus  300 a 450 met uitschieters tot b
Zie hierbij ook een onderzoek van het oven de 1000).
- de drie groepen wormen zijn strooiseleters, pendellaars en grondeters. Strooiseleters dragen bij aan het verteren van bodemmateriaal. Pendellaars trekken dit materiaal de bodem in en bewegen vooral verticaal. Grondeters eten de bodem en graven uitgebreide holen.

Als gevolg van grootschalige landbouw nemen wormenaantallen af. Dit wordt veroorzaakt door een aantal factoren:
- als gevolg van weinig organisch materiaal (mulch ontbreekt). is er weinig eten beschikbaar voor de strooiseleters.
- als gevolg van (diep)ploegen zijn er minder pendelaars en grondeters ten opzichte van bij niet grondkerende grondbewerking.
- door gebruik van veel grondbewerkingen zijn wormenaantallen veel lager dan bij permanente gewassen (grasland bijvoorbeeld).
- wormen aantallen kunnen zich binnen een aantal jaren herstellen, als deze nog in de buurt zijn (ze reizen 10 tot 100 m per jaar).
- door gebruik van kunstmest en pesticiden nemen wormenaantallen ook af.

Klimaatverandering kan hierbij een aantal gevolgen hebben:
- hogere temperaturen resulteren in minder koudere winters, waardoor het afsterven van wormen minder optreedt.
- langere droge periodes zullen resulteren in drogere bodems. Als wormen niet de diepte in kunnen, zullen wormen mogelijk sterven als gevolg van vochttekort.

Meer informatie:
- Een andere interessant onderzoek naar Nederlandse wormenpopulaties bij verschillende boerderijen is uitgevoerd door het RIVM, zie hoofdstuk 8 van het rapport.

1 opmerking:

Henric zei

Ben benieuwd wat de uitkomsten zijn als er:
* een vergelijking komt tussen koeien die alleen met hooi gevoerd worden en koeien die met kuilgras en krachtvoer gevoerd worden. Kortom; heeft het voeden van welk dier dan ook, naar haar aard een positieve uitwerking op de wormenpopulatie tov een andersoortige op productie gerichte voeding.
* wat zijn de gevolgen van het strooien van digestaat over het land voor de wormen en het bodemleven?