Effectieve Micro-organismen (EM)

 

Inleiding

Nederland heeft een van de meest intensieve landbouwsystemen ter wereld. Veel veehouderijen produceren grote hoeveelheden mest, die stikstofverbindingen zoals ammoniak (NH₃) bevatten en wat voor stankoverlast zorgt. Deze verbindingen komen in de bodem en lucht terecht en dragen bij aan de stikstofbelasting. Een stikstofbelasting die voor veel natuurgebieden te hoog is. Maatregelen zijn dus nodig om deze belasting te verminderen en natuur te beschermen. Middels wetgeving worden veehouders gedwongen om de emissie van ammoniak te reduceren door het nemen van maatregelen. Ze kunnen daarbij kiezen uit door de overheid erkende methodes en technieken. De zogenaamde Rav-lijst. Om op de Rav-lijst (per 1 januari 2024 bijlage V van de Omgevingsregeling) te komen moet een fabrikant of leverancier van het systeem zijn systeem laten testen om het effect aan te tonen. Omdat dit testen duur is, denk aan enkele honderdduizenden euro's, hield dit aanbieders van systemen tegen om een plaats  op de Rav-lijst te krijgen. Omdat de overheid drempels wil wegnemen om  de emissie van ammoniak zo veel als mogelijk te reduceren nam ze in 2021 een regel op in de crisis en herstelwet die gebruik van niet geteste systemen mogelijk maakte. Per 1 januari 2024 staat deze regel in de Omgevingswet. Hierdoor wordt het gemakkelijker voor veehouders om uitstoot van ammoniak naar eigen inzicht te reduceren middels maatwerk in een doelgerichtevergunning.

 

Van rotten naar fermenteren

In Nederland is het gangbaar om mest onbehandeld op te slaan. Het gevolg is dat de mest gaat rotten. Het rottingsproces veroorzaakt uitstoot van o.a. ammoniak, methaan en stank. Door de mest te behandelen wordt de uitstoot aan de bron aangepakt. Het voordeel is dat er dan ook een beter stalklimaat ontstaat wat goed is voor dieren en mensen die zich in de stallen bevinden. Een in Denemarken vaak toegepaste behandelmethode is het chemisch aanzuren van de mest. De PH (zuurtegraad) van de mest wordt van 7,5 naar circa 5,5 verlaagd. De lagere PH heeft tot gevolg dat de ammoniak uitstoot circa 50% afneemt, dat de methaan uitstoot vrijwel nul is en dat de stank voor een groot deel verdwijnt. Een nadeel is dat er sterke zuren zoals zwavelzuur gebruikt worden die gevaarlijk zijn. Daarnaast moeten de stallen er voor ingericht zijn. Drijfmest wordt naar een behandelstation gepompt waar het zuur toegevoegd wordt. Een makkelijker alternatief is biologisch aanzuren. Dat is een bekend proces op een boerderij. Want zo conserveren we gras- en maiskuilen. En thuis kennen we het van zuurkool. De basis is het laten groeien van melkzuurbacteriën die melkzuur produceren waardoor de PH daalt. Om dit proces opgang te helpen moeten de melkzuur bacteriën 'geholpen' worden. Voor gras en mais is dat gemakkelijk. Die bevatten nog veel makkelijk verteerbare suikers waardoor je alleen de lucht er uit hoeft te rijden en de kuil met plastic moet afdekken. Er ontstaat dan een anaeroob (zuurstofarm) klimaat. Melkzuurbacteriën houden hiervan en rottingsbacteriën juist niet. Mest laten fermenteren is moeilijker. Er zitten te weinig makkelijk verteerbare suikers in de mest om de melkzuurbacteriën te laten groeien.  Die zijn er immers door de dieren in het darmkanaal al uit gehaald. De makkelijkste oplossing is om suikers aan de mest toe te voegen en de mest te mengen. Je kunt denken aan melasse of andere suikerrijke producten. Goedkoper wordt het als het suikerrijke afvalproducten zijn zoals bietenpuntjes of mislukte batches uit de voedingsindustrie. Heb je een co-vergister dan zit er in de mest meestal geen methaan meer en moet het gas geproduceerd worden door de co-producten die toegevoegd worden. Voeg je de co-producten eerst aan de mest toe en daarna de mest met de co-producten aan de vergister dan is er spraken van win-win. Je kun dan gas winnen uit het co-product aangevuld met het gas wat in de mest vastgehouden wordt. Een bijkomend voordeel is dat er veel minder ammoniak emitteert wordt wat de bemestingswaarde van de gefermenteerde mest verhoogd. Een aantrekkelijke methode waar je hier meer over kunt lezen.

 

Omdat niet alle mest in een vergister komt is dit een oplossing voor 5 a 10 procent van de drijfmest. Maar wat doen we dan met de overige mest? Hoe krijgen we die aan het fermenteren? We weten dat we de melkzuurbacteriën een handje moeten helpen. In 1970 was Professor Teruo Higa van de Ryukyrus university, Okinawa, Japan op zoek naar een alternatief voor chemische bestrijdingsmiddelen. Hij ontdekte dat micro-organismen hiervoor gebruikt kunnen worden. Maar de grootste ontdekking die hij deed was dat door het combineren van verschillende micro-organismen het resultaat vele malen krachtiger werd.  Het voordeel van melkzuur is evident. Het rottingsproces stopt, ziek makende bacteriën worden gedood. Maar alleen melkzuurbacteriën toevoegen werkt onvoldoende. Ze hebben niet genoeg te eten om te groeien. Higa bedacht  andere micro-organismen toe te voegen aan een medium die de melkzuurbacteriën 'helpen' om melkzuur te maken. Bijvoorbeeld bacteriën die leven van moeilijk verteerbare koolstofketens zoals cellulose en lignine. Het eindproduct van deze bacteriën zijn makkelijk verteerbare suikers en daar doen de melkzuurbacteriën het dan weer goed van. Kortom hij bedacht een set van micro-organismen die door 'samen te werken' een gewenst effect hadden. 

 

Effective micro-organisms (EM) bestaan naast melkzuurbacteriën uit gisten, actinomyceten, fotosynthetische bacteriën en fermenterende-schimmels. per soort worden meerdere stammen gebruikt. Een doorsnee EM product kan wel uit 80 verschillende micro-organismen bestaan waarbij ieder organisme zijn eigen taak heeft. EM wordt inmiddels gemaakt in meer dan 60 landen en gebruikt in meer dan 160 landen. Een grote markt is de schoonmaak industrie. Microbiologen in ziekenhuizen en voedingsindustrie weten hoe gevaarlijk het is om te rigoureus te ontsmetten. De kans bestaat dat je alle bacteriën dood en dat er een ziekmaker achterblijft. Deze krijgt dan ruimbaan omdat er geen concurrenten zijn.  Een betere methode is alles goed schoonmaken en vervolgens gewenste bacteriën die ziektemakers verdrukken aan te brengen op de schoon te maken oppervlakten.  Een voorbeeld van microbiologisch reinigen staat hier.

 

Een producent van EM heeft vaak tientallen EM producten op voorraad. Ieder met een specifiek doel om een gewenst effect te verkrijgen. Dat kan zijn schoonmaken, ziektes bestrijden etc. en dus ook het laten fermenteren van mest. 

 

Waar wordt EM in de Nederlandse landbouw gebruikt?

Een mooie manier om EM te gebruiken is het gebruiken als additief in het voer. EM heeft dan een dubbelwerking. Eerst doet EM zijn werk in het maag-darm kanaal van het dier waarna het zijn werk nog een keer doet in de mest. Waarschijnlijk niet voldoende om de PH van de mest op 5,5 te houden maar alle beetjes helpen. Toevoegen van EM als additief was al bekend in de negentiger jaren van de vorige eeuw.  Voor een voorbeeld klik hier. In Nederland wordt meestal de merknaam gebruikt in dit geval ASTI.

 

EM wordt veel gebruikt door tuinders, gemeenten en waterschappen die grote hoeveelheden plantmateriaal moeten verwerken. Voor een voorbeeld klik hier. Hier wordt Bokashi genoemd als EM product wat een Japans woord is dat "gefermenteerd organisch materiaal" betekend. In de praktijk wordt ook wel gesproken over composteren. Maar dat is niet juist. Composteren is namelijk een aeroob proces. 

 

In de veeteelt was en is het gebruik nog klein. Het beperkt zich tot een vrij kleine groep veehouders die zich er in verdiept hebben en enthousiast geworden zijn over de voordelen. Echter omdat de methode geen Rav erkenning heeft moet daarnaast altijd nog een andere techniek toegepast worden. Bijvoorbeeld een luchtwasser. Dat betekent dubbele kosten en dat is voor veel veehouders niet aantrekkelijk. Dit probleem is verholpen sinds er een aanvraag voor een doelgerichte vergunning ingediend kan worden bij het bevoegd gezag. Gebruik van een Rav erkende methode is niet meer verplicht wat de mogelijkheden om emissies te verlagen vergroot. Voor informatie klik hier.

 

Het volgende is nog interessant om te vermelden. Leden van het gezin van een varkenshouderij zijn vaak MRSA positief. Zo ook Eveline de 2 jarige dochter van Eric en Ine van den Heuvel uit Nistelrode. Eveline had een drievoudige hartafwijking en moest geopereerd worden. Echter omdat ze MSRA positief was kon de operatie niet doorgaan. Ze moest eerst MRSA vrij worden. Zoals veel van zijn collega's in 2003 gebruikte Eric de nodige hoeveelheid antibiotica en ontsmette hij zijn stallen. De arts legde hem uit dat de MRSA bacteriën hierdoor alle kans kregen om te groeien terwijl de goede bacteriën het loodje legde. De arts adviseerde goede bacteriën in te zetten om het gezin MRSA vrij te maken. Dit lukte in circa 6 maanden. Eveline kon geopereerd worden en gelukkig is ze goed herstelt. Wat Eric opviel was dat er 'gekke dingen' in zijn stallen gebeurde na het gebruik van het product van een Belgische firma.  De stallen stonken niet meer en de ammoniak emissie was flink verlaagd. Ongemerkt was de mest in de putten gaan fermenteren met alle voordelen van dien.

 

Nieuwe ontwikkelingen

De potentie van EM is groot en wereldwijd op veel gebieden toegepast. In landen waar geen wettelijke drempels waren wordt EM ook in de veehouderij toegepast om mest te laten fermenteren. Denk aan landen als China, Zuid Korea, Zwitserland en Spanje. In China betreft het vaak arme boeren die geen geld hebben om kunstmest aan te kopen. Door de mest te fermenteren voorkomen ze dat de stikstof in de vorm van ammoniak ontsnapt uit de mest. Daardoor kunnen ze met dezelfde hoeveelheid mest meer plantmateriaal als voedsel voor de varkens produceren. Als je dit leest dan is het moeilijk te begrijpen hoe we zaken in Nederland geregeld hebben. We laten een waardevolle stof (stikstof) uit de mest ontsnappen die vervolgens gebieden 'bemest' waar het niet gewenst is om vervolgens kunstmest aan te kopen omdat er onvoldoende stikstof meer in de mest zit. 

 

Hierboven heb ik aangegeven dat er honderden varianten EM zijn. En er wordt dagelijks gewerkt om nog betere varianten te maken. Zo doet men in Zuid Korea het volgende onderzoek. Uit de darmen van bijvoorbeeld varkens selecteren ze vele stammen van melkzuurbacteriën. Vervolgen enten ze petrischalen voorzien van een groeimedium en een mestfilm met de verschillende stammen. Door goed waar te nemen kunnen ze zien welke stam het beste van de mest 'eet'. Door de meest geschikte stam te selecteren kan de werking van EM verbetert worden waardoor er minder van gebruikt hoeft te worden en het dus goedkoper wordt.

 

Het produceren van EM is aan strikte eisen en voorwaarden gebonden waardoor het niet goedkoop is. Sommige producenten lossen dit op door met een starter medium te werken. De klant krijgt een kleine hoeveelheid EM en een instructie om het thuis te vermeerderen in een fermenter. Een voorbeeld. Een veehouder heeft een vat van 700 liter. Hij vult dit vat met 70kg suiker en 630 liter water en brengt het vat op 30 a 35 graden Celsius. Vervolgens wordt 1 liter EM medium toegevoegd. Na circa 5 a 7 dagen is er spraken van 700 liter medium. Helaas is het niet zo eenvoudig. De levenscyclus van een bacterie kent namelijk een lag-fase, een log- of exponentiele fase , een stationaire fase en een death fase. Het is zaak om het medium op het juiste moment (logfase) toe te dienen. Dan kom je bijvoorbeeld tot een systeem waarbij je met 7 vaten van 100 liter werkt. Iedere dag van de week is er dan een vat met medium gereed dat zich in de logfase bevind en toegediend kan worden. 

 

Verdelen van EM

Meestal starten de gebruikers met een eenvoudige methode bijvoorbeeld het verdelen van het medium met een gieter of rug spuit. Daarna volgt al snel een geautomatiseerd systeem om op arbeid te besparen. Vaak is dat een leidingnetwerk met sproeiers dat aangestuurd door een tijdklok het medium verdeeld. Een mooie oplossing is het systeem van Animal Life Plus. Boven in de stal wordt een vernevelsysteem aangebracht. Circa 8 keer per dag wordt gedurende 1 minuut het medium in de stal gebracht. Het bijkomende voordeel is dat het fijnstof door de waterdruppels (mist) 'gevangen' wordt. Door het medium worden er stofklonten gevormd die stabiel zijn. Ook na opdrogen behouden ze hun structuur.

 

 

====================== Review artikel nr.1 ======================

 

Nile Journal of Engineering and Applied Science | 2023

Effective Microorganisms, Their Products and Uses - A Review
Ezeagu, G.G.1* | Omotosho, A. O. 1 | Suleiman K. O.1

Department of Biology, Microbiology and Biotechnology, Nile University of Nigeria, Abuja, Nigeria

Bron: Nile University of Nigeria

 

Samenvatting

Effectieve Micro-organismen (EM) is een mengsel van levende, nuttige micro-organismen waarvan de synergetische acties direct of indirect een breed scala aan stoffen produceren waarmee ziektes kunnen worden bestreden, goede gezondheid kan worden bevorderd en milieuaantasting kan worden voorkomen. Het concept van Effectieve Micro-organismen werd voor het eerst ontwikkeld door Professor Higa in 1970 toen hij op zoek was naar een alternatief voor landbouwchemicaliën. De wetenschapper ontdekte dat van nature voorkomende micro-organismen een krachtig hulpmiddel kunnen zijn als ze samen in gemengde culturen worden gecombineerd en fysiologisch compatibel zijn met elkaar. EM bestaat uit melkzuurbacteriën, fotosynthetische bacteriën, gisten, fermenterende schimmels en actinomyceten.

Hoewel er controverses zijn over de wetenschappelijke claims van EM-technologie, is het gebruik ervan in de landbouw uitgebreid onderzocht. Het gebruik ervan in andere gebieden zoals voedselafvalrecycling, verbeterde organische compostering, verbetering van de bodemstructuur, verhoging van de bodemgezondheid en productiviteit, en andere toepassingen zijn goed gedocumenteerd. Veel onderzoeken naar EM hebben bevredigende resultaten opgeleverd over het gebruik ervan in de veehouderij, milieubeheer, gezondheid en preventieve geneeskunde, onder andere. EM kan in veel verschillende vormen worden toegepast, waarbij EM-Bokashi het meest wordt gebruikt. EM is een veelbelovend hulpmiddel dat het gebruik van chemicaliën in veel levensgebieden kan vervangen en dit vereist meer onderzoek om andere mogelijke gunstige toepassingen te verkennen. Deze review is bedoeld om informatie te onthullen over de aard van effectieve micro-organismen, de verschillende producten die met EM worden gemaakt en de verschillende gebieden waarin ze worden toegepast.

TREFWOORDEN: Effectieve Micro-organismen, probiotica, fermenterende schimmels, compostering, Bokashi

 

1 Introductie

1.1 Het Concept van Effectieve Micro-organismen

Het concept van Effectieve Micro-organismen (EM) werd voor het eerst ontwikkeld door een Japanse tuinbouwkundige, Professor Teruo Higa van Ryukyus Okinawa, Japan in 1970 (Higa en Parr, 1994). De onderzoeker begon in de jaren '70 en '80 met het onderzoeken van de synergetische eigenschappen van veel van nature voorkomende microben, en ontwikkelde het concept van Effectieve Micro-organismen (Korn, 2013). Dit ontstond eigenlijk toen de onderzoeker op zoek was naar een alternatief voor landbouwchemicaliën. De wetenschapper ontdekte dat van nature voorkomende micro-organismen een krachtig hulpmiddel kunnen zijn als ze samen in gemengde culturen worden gecombineerd en fysiologisch compatibel zijn met elkaar (Namsivayam et al., 2011). De micro-organismen komen van nature voor en zijn niet gemodificeerd, maar worden volgens een specifieke methode samen gekweekt (www.effectivemicro-organisms.co.uk, 2016). Deze producten zijn sinds 1983 op de markt in Japan.

 

Effectieve Micro-organismen (EM) worden gerapporteerd als een specifieke gemengde cultuur of combinatie van ongeveer 80 verschillende micro-organismen met gewenste eigenschappen die in staat zijn om de omgeving positief te beïnvloeden (Sivasubramanian et al., 2013; Safwat en Matta, 2021). EM is een product in vloeibare vorm en bestaat uit een verscheidenheid aan niet alleen effectieve en nuttige micro-organismen, maar ook niet-pathogene, met een bewonderenswaardige co-existentie tussen aërobe en anaërobe typen micro-organismen (Safwat en Matta, 2021). De betrokken micro-organismen creëren omstandigheden in hun omgeving die wederzijdse ondersteuning bevorderen, waardoor ze schadelijke pathogenen kunnen overtreffen, terwijl ze nuttige stoffen produceren zoals vitaminen, enzymen, hormonen, aminozuren en antioxidanten die een reducerende omgeving creëren (Zimmerman et al., 2016). Ze hebben daarom het verbazingwekkende vermogen om te behouden en te herstellen, en worden daarom nuttige micro-organismen genoemd.

 

Effectieve Micro-organismen (EM) is een mengsel van levende, nuttige micro-organismen waarvan de synergetische acties direct of indirect een breed scala aan stoffen produceren waarmee ziektes kunnen worden bestreden, goede gezondheid kan worden bevorderd en milieuaantasting kan worden voorkomen. Het is een cultuur van samenlevende nuttige micro-organismen die voornamelijk bestaan uit melkzuurbacteriën, fotosynthetische bacteriën, gisten, fermenterende schimmels en actinomyceten (UKEssays.com, 2014).

 

Volgens Monica et al. (2011) is EM een consortium van nuttige en van nature voorkomende micro-organismen, die niet chemisch gesynthetiseerd of genetisch gemodificeerd zijn. Elke stam van micro-organismen in effectieve micro-organismen wordt geselecteerd uit de natuurlijke omgeving waar het waarschijnlijk een bepaalde functie zal vervullen. EM bestaat uit microben die niet schadelijk, niet pathogeen, niet genetisch gemodificeerd en niet chemisch gesynthetiseerd zijn (Desai et al., 2016). Ze staan bekend als vriendelijke micro-organismen die in staat zijn om organisch materiaal zodanig positief te beïnvloeden dat het terugkeert naar een levensbevorderend proces. Het geheim van het wijdverspreide succes van EM is de capaciteit om op natuurlijke wijze schadelijke toxines te verwijderen en het microbiële evenwicht van de natuur te herstellen, of dit nu op het niveau van mineralen, planten, dieren of mensen is (EM Sustainable Living, 2010).

 

EM-technologie is de afgelopen twee decennia uitgebreid en heeft snelle erkenning en gebruik over de hele wereld gekregen. Het wordt nu in meer dan 160 landen gebruikt en in meer dan 60 landen wereldwijd geproduceerd (Higa en Parr, 1994; Danio, 2013).

 

1.2 Microbiële Samenstelling van Effectieve Micro-organismen

De vijf groepen micro-organismen die effectieve micro-organismen vormen en verschillende functies hebben, zijn melkzuurbacteriën, gisten, actinomyceten, fotosynthetische bacteriën en fermenterende schimmels (Szymanski et al., 2003; Renuka en Parameswari, 2012; Atsbeha en Hailu, 2021; Hidalgo et al., 2022).

 

1.2.1 Melkzuurbacteriën (LAB)

De bacteriën die melkzuurbacteriën vormen, omvatten Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus en Streptococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Aerococcus, Oenococcus, Tetragenococcus, Vagococcus en Weisella (Todar, 2009; Rodriguez et al., 2019; Abedi & Hashemi, 2020). Leden van LAB in hun wederzijdse relatie met andere microbiële leden van effectieve micro-organismen produceren melkzuur, dat een sterk steriliserend middel is (Condor-Golec et al., 2007). De leden van melkzuurbacteriën die meestal in EM-formuleringen worden gebruikt, zijn Lactobacillus plantarum, L. casei en Streptococcus lactis (Javaid et al., 2011).

 

1.2.2 Gisten

De gisten die worden gebruikt in de formulering van effectieve micro-organismen zijn Saccharomyces cerevisiae en Candida utilis (Abdullah, 2011). Als leden van effectieve micro-organismen synthetiseren gisten antimicrobiële en andere nuttige stoffen die nodig zijn voor de plantengroei uit aminozuren en suikers die worden uitgescheiden door fotosynthetische bacteriën, organisch materiaal en plantenwortels. De bioactieve stoffen zoals hormonen en enzymen die door gisten worden geproduceerd, bevorderen actieve celdeling en worteldeling. Deze secreties zijn ook nuttige substraten voor effectieve microben zoals melkzuurbacteriën en actinomyceten (Ismah, 2011). Ene et al. (2020) rapporteerden dat de gist in EM hormonen en enzymen produceert die de celdeling en worteldeling van planten bevorderen. Ze gebruiken de aminozuren en suikers die door de fotosynthetische bacteriën en plantenwortels worden gesynthetiseerd en verbeteren op hun beurt de groeifactoren voor de melkzuurbacteriën.

 

1.2.3 Actinomyceten

Streptomyces albus en Streptomyces griseus als actinomyceten die behoren tot effectieve micro-organismen onderdrukken schadelijke schimmels en bacteriën en kunnen samenleven met fotosynthetische bacteriën. Het geslacht Streptomyces is verantwoordelijk voor ongeveer 80% van de tot nu toe gerapporteerde actinomyceten natuurlijke producten (Pimentel-Elardo et al., 2010; Maiti et al., 2020). Ze zijn goed bekend om hun lineaire chromosoom en complexe morfologische differentiatie (El-Gendy et al., 2008, Kumar et al., 2013). De meest interessante eigenschap van Streptomyces is het vermogen om bioactieve secundaire metabolieten te produceren zoals antibacteriële middelen, antischimmelmiddelen, antivirale middelen, antitumorale middelen, antihypertensiva en voornamelijk antibiotica en immunosuppressiva (Patzer en Volkmar, 2010). Veel soorten die tot het geslacht Streptomyces behoren, zijn goed bekend als biocontrole-agentia die verschillende bodem- en luchtgebonden plantpathogene schimmels remmen of lyseren (Sousa et al., 2008; Al-Saadi, 2013). Actinomyceten scheiden extracellulaire enzymen en EPS (exopolysacchariden) af om de gewasopbrengst te verbeteren. Ze scheiden daarnaast enzymen af, fixeren stikstof, lossen fosfor op, formuleren metabolieten en stimuleren planten om groeiregulatoren af te geven om de gewasproductie te verbeteren (Younas et al., 2022).

 

1.2.4 Fotosynthetische Bacteriën

De fotosynthetische bacteriën die behoren tot effectieve micro-organismen zijn Rhodopseudomonas palustris en Rhodobacter sphaeroides. Deze bacteriën spelen de leidende rol in de activiteit van effectieve micro-organismen. Ze synthetiseren nuttige stoffen uit afscheidingen van wortels, organisch materiaal en/of schadelijke gassen (bijv. waterstofsulfide) door zonlicht en de warmte van de bodem als energiebronnen te gebruiken (http://www.efficientmicrobes.co.za/contact/).

 

1.2.5 Fermenterende Schimmels

Dit zijn schimmels zoals Aspergillus en Penicillium, die organisch materiaal snel afbreken om alcohol, esters en antimicrobiële stoffen te produceren (Condor-Golec et al., 2007). Ze zorgen voor fermentatie die de organische stoffen snel afbreekt om alcohol, esters en antimicrobiële stoffen te produceren. Fermenterende schimmels breken organisch materiaal snel af om alcohol, esters en antimicrobiële stoffen te produceren, die geuren onderdrukken en voorkomen dat schadelijke insecten en maden zich vermenigvuldigen (Talaat, 2019). Fermenterende schimmels die deel uitmaken van effectieve micro-organismen zijn Aspergillus oryzae en Mucor hiemalis.

 

1.3 Effectieve Micro-organismen (EM) Producten

Met behulp van het basismengsel van effectieve micro-organismen (EM1) kunnen verschillende preparaten worden geproduceerd, afhankelijk van hun beoogde toepassingen. De preparaten omvatten:

 

1.3.1 EM-A

Het meest gebruikte preparaat is EM-A, wat staat voor 'Actieve EM'. Pranagal et al. (2020) rapporteerden dat EM-A en UGmax de meest gebruikte biopreparaten in Polen zijn. Het wordt geproduceerd door 5% van EM-1 te mengen met een gelijke hoeveelheid suikerrietmelasse en het mengsel gedurende één tot twee weken bij een constante temperatuur van ongeveer 30ºC in een afgesloten container te bewaren. Bij een pH-waarde onder 3,5, wanneer het mengsel een zoetzure geur heeft, wordt gezegd dat het EM-fermentatieproces voltooid is.

 

1.3.2 EM-Bokashi

EM 'Bokashi' is een Japanse term die 'gefermenteerd organisch materiaal' betekent. Het wordt vaak aangeduid als een vorm van composteren, maar het is eigenlijk een anaëroob of aeroob fermentatieproces, wat resulteert in een heel ander eindproduct dan dat geproduceerd via traditionele compostering (EM Sustainable Living, 2010). EM-Bokashi wordt gemaakt door EM-A te mengen met een vers en kwalitatief goed organisch materiaal zoals rijstzemelen, tarwezemelen, vismeel, etc. Het mengsel wordt vervolgens tot twee weken in een afgesloten container gefermenteerd.

 

1.3.3 EM-Compost

Wanneer EM-A wordt toegepast op dierlijke mest, organisch keukenafval, tuinafval, bladeren en ander organisch materiaal en bedekt wordt om anaërobe fermentatie te bevorderen, is het resulterende product een zeer rijke en vruchtbare compost, bekend als EM-COMPOST. Het is een biologisch inoculant gemaakt van micro-organismen met symbiotische werking. Het versnelt de afbraak van organisch materiaal en verbetert de fysische, chemische en biologische omstandigheden van de bodem. Het vermindert ook zoutproblemen in bodems en vermindert het aantal nematoden en pathogenen in bodems. Het verhoogt de voedings- en biologische kwaliteit van de compost en vermindert nare geuren en de aanwezigheid van vliegen op boerderijen, waardoor ziektes bij dieren worden voorkomen (EM Research Organization, 2017).

 

1.3.4 EM-X Gold

Dit wordt gemaakt door een uniek fermentatieproces met behulp van nuttige en effectieve micro-organismen, rijstzemelen, zeewier en Carica papaya (EM Sustainable Living, 2010). Tijdens het fermentatieproces verteren de micro-organismen de ingrediënten vooraf, waardoor een rijke variëteit aan natuurlijke voedingsstoffen vrijkomt. Het product is een goudkleurig, smaakloos vloeibaar extract dat een gemakkelijk opneembare samenstelling van antioxidanten, vitaminen, mineralen, enzymen, aminozuren en fytonutriënten bevat, ontworpen om de zelfhelende kracht van het lichaam synergetisch te maximaliseren (Sweeney, 2010).

 

1.3.5 EM Keramiek

EM kan worden gefermenteerd en gebakken in klei om producten te vormen die bekend staan als EM keramiek. EM keramiek kan ook in poedervorm worden gemaakt, vandaar de naam EM keramiekpoeder. Dit is een veelzijdig product dat kan worden gebruikt als bodemenhancer, bijdraagt aan de fermentatie van keukenafval en kan worden toegevoegd aan bouwproducten zoals verf, behangplaksel, cement en beton (http://www.em-la.com; TeraGanix, 2016).

 

1.4 EM (Effectieve Micro-organismen) versus Reguliere Probiotica

De resultaten en effectiviteit van EM hangen niet af van het aantal micro-organismen in het mengsel, maar van het aantal verschillende microbiële soorten. Reguliere probiotica zijn voornamelijk enkelstamproducten, terwijl EM bestaat uit ten minste drie groepen nuttige micro-organismen. EM is de enige bekende technologie die het mogelijk maakt dat verschillende klassen bacteriën en andere micro-organismen stabiel worden gekweekt en onderhouden in een probioticumconsortium. EM-producten zijn niet afhankelijk van een groot aantal micro-organismen van een bepaalde soort, zoals bij andere probiotische producten, maar van microbiële diversiteit voor de effectiviteit. EM is het eerste probioticum op de markt dat fototrofe bacteriën bevat, een groep bacteriën die bekend staat om het afbreken van giftige stoffen en het produceren van nuttige bijproducten zoals antioxidant, vitamine A, enzovoort, Nauta, 2014).

EM is geheel natuurlijk met biologische ingrediënten, het is natuurlijk gefermenteerd, bevat bodem-gebaseerde micro-organismeformule, heeft geen conserveermiddelen, de micro-organismen zijn niet gevriesdroogd maar zijn allemaal levende microben voor verhoogde levensvatbaarheid. Probiotica daarentegen zijn levende micro-organismen die, wanneer ze in voldoende hoeveelheden worden toegediend, een gezondheidsvoordeel voor de gastheer opleveren (Gunnars, 2016).

 

2 | GEBRUIK VAN EFFECTIEVE MICRO-ORGANISMEN

Effectieve micro-organismen (EM) hebben verschillende toepassingen die in de afgelopen twee decennia zijn ontdekt. Volgens de EM Research Organisation (EMRO, 2014) hebben effectieve micro-organismen specifieke toepassingen in de landbouw, het milieu, huishoudens, de gezondheid en ook in het onderwijs. Hoewel de meest onderzochte toepassing van EM de landbouw is, zijn de toepassingen in andere levensgebieden goed gedocumenteerd (Ong et al., 2001; Abdullah et al., 2011; Namsivayam et al., 2011). De toepassingen in voedselafvalrecycling, verbeterde organische compostering, verbetering van de bodemstructuur, verhoging van de bodemgezondheid en productiviteit, onder andere, zijn goed gedocumenteerd. De toepassingen zijn onder andere: landbouw, veeteelt, milieureiniging (vervuilde waterwegen, meren en lagunes) en de gezondheidszorgindustrie, biologische productie van gewassen en fruit, evenals bloementeelt, veehouderij, visserijen, aquaria en wetlands. Korn (2013) meldde dat EM wordt gebruikt als microbiële inoculant in bodems, gazons en dekgewassen. Het wordt ook gebruikt voor afval- en septic tankbehandeling.

De voordelen van EM omvatten het gebruik in huis in het dagelijks leven voor iedereen, voor het recyclen van keukenafval en het omzetten ervan in waardevol organisch materiaal, gebruik in de tuin om de bodemstructuur te verbeteren, de productiviteit te verhogen en zowel ziektes als onkruid te onderdrukken; het oplossen van allerlei milieuproblemen zoals water-, lucht- en bodemvervuiling; in de veehouderij en voor de bestrijding van allerlei huisdieren; in visserijen, aquaria en zwembaden; in persoonlijke lichaamshygiëne en voor de preventie en behandeling van gezondheidsproblemen (EM Sustainable Living, 2010).

Effective Microorganisms New Zealand (EMNZ, 2014) meldde dat EM in het toilet kan worden gegoten om nare geuren te elimineren, voor het schoonmaken van keukens en badkamers, om compost te maken van keukenafval, voor het wassen van kleding, om de kwaliteit van drinkwater te verbeteren, de gezondheid van huisdieren te verbeteren en tuinen in een natuurlijke en gezonde staat te houden. Het gebruik van EM in verschillende gebieden wordt verder hieronder besproken:

 

2.1 Landbouw

Effectieve micro-organismen worden sinds 1982 in de landbouw gebruikt. Er is gerapporteerd dat EM-1 in alle bodemtypen, alle landbouwsystemen en alle klimaten op aarde kan werken (Javaid, 2010). Landbouwmethoden zoals conventioneel, biologisch of duurzaam kunnen profiteren van het gebruik van EM (TeraGanix, 2016).

 

2.1.1 Bodemkwaliteit en Gewasopbrengst

Onderzoek heeft aangetoond dat het toepassen van EM op het bodem- en plantecosysteem de bodemkwaliteit, bodemgezondheid en de groei, opbrengst en kwaliteit van gewassen kan verbeteren (Mbouobda et al., 2015). Joshi et al. (2019) rapporteerden dat EM werkt bij de onderdrukking van plantpathogenen en ziekten, het conserveren van energie in planten, het oplossen van bodemmineralen, het behouden van het microbiële-ecologische evenwicht in de bodem, de fotosynthetische efficiëntie en biologische stikstoffixatie. EM heeft de neiging om het ‘Rotatie-effect’ te stimuleren. Dit betekent dat EM de regulatie van nuttige micro-organismen en de onderdrukking van schadelijke micro-organismen kan stimuleren, wat voortkomt uit gewasrotatie (Towett, 2016).

Hu en Qi (2013) voegden EM toe aan een mengsel van compost en maten de graanopbrengst van tarwe en de groei van nematoden, belangrijke bodemorganismen betrokken bij nutriëntenrecycling en afbraak. Hun resultaten toonden aan dat het aantal nematoden, evenals de gewasbiomassa en -opbrengst, veel groter waren in bodem behandeld met EM-compost dan in bodems behandeld met stikstof-fosfor (NP) meststoffen of traditionele composten alleen. Mathews en Gowrilekshmi (2016) rapporteerden dat EM rot voorkomt, de pH verlaagt, de voortplanting van Fusarium onderdrukt, bodemgebonden pathogenen inhibeert, CO2 en H2S fixeert en benut, en actieve cel- en worteldeling bevordert. Ene et al. (2020) rapporteerden ook dat bodems aangevuld met Effectieve Micro-organismen Geactiveerde Oplossing (EMAS) de bacteriële aantallen verbeterden en de CO2-ontwikkeling verlaagden.

In het onderzoek van Abd El-Mageed et al. (2022), waarin ze de toepassing van effectieve micro-organismen (EM) in combinatie met magnesiumoxide (MgO) nanodeeltjes (MgO-NP) op de groei en productiviteit van zoete aardappelplanten geteeld in door zout aangetaste bodems evalueerden, verbeterde de toepassing van EM en/of MgO-NP de osmose-stressbestendigheid door de relatieve waterinhoud en membraanintegriteit te verhogen. Tijdens het rottingsproces van organisch materiaal produceert EM organische zuren die normaal niet in de bodem aanwezig zijn, zoals melkzuur, azijnzuur, aminozuren, appelzuur en vitaminen die door planten kunnen worden opgenomen (Calderon-Tapia et al., 2020). De hoeveelheid humus in de bodem, beschikbare stikstof en organisch koolstofgehalte namen ook toe door de aanvulling met EM-compost, wat resulteerde in een betere bodemvruchtbaarheid (Sharma et al., 2017).

 

2.1.2 Dierlijke Productie

Effectieve micro-organismen kunnen worden toegepast in de productie van schapen, koeien, herten, varkens en kippen (EMNZ, 2014). EM-1 kan voor meerdere toepassingen worden gebruikt in de veeteelt, in omheiningen voor wilde dieren en in dierentuinen, evenals in aquaria. EM kan ook worden gemengd in het water dat aan vogels in een pluimveehouderij wordt gegeven (EMRO, 2008). De voordelen omvatten het verbeteren van de microbiologische kwaliteit van het water en het verrijken ervan met nuttige stoffen zoals aminozuren, vitaminen en enzymen, wat de verteerbaarheid en nutrientassimiliatie van de vogels verbetert. EM wordt op grote schaal gebruikt om stikstofophoping door visafval te voorkomen (Schiff, 2015). Het voeden van dieren met rantsoen dat effectieve micro-organismen Bokashi bevat, zal hun interne microbiota verbeteren en daarmee de onaangenaamheid van de geur van mest verminderen (Joshi et al., 2019).

Kippen die gevoed werden met EM in het voer en drinkwater vertoonden een hoger percentage eierproductie. Er is een significant verschil in het percentage eieren gelegd tussen de behandelde en controlegroepen kippen (Simeamelak et al., 2013; Atsbeha & Hailu, 2021). Een significante verbetering van de eierkwaliteit werd aangetoond bij kippen die EM in hun voer en water kregen (Atsbeha & Hailu, 2021).

 

2.2 Productie van Antioxidant Bijproducten

Na grondig onderzoek naar de aard van EM werd gerapporteerd dat dit microbieel mengsel diverse antioxidant bijproducten produceert, zoals inositol, ubiquinon, saponinen, laag-moleculaire polysachariden, polyfenolen en chelaten van mineralen (Szymanski en Patterson, 2003). Deze antioxidatieve stoffen hebben aangetoond dat ze significante ziekteonderdrukking bevorderen. Wanneer toegevoegd aan de bodem, werkt EM als een natuurlijke ontgiftingsagent en bevordert het de vermenigvuldiging van nuttige microbieel allianties terwijl het de groei van schadelijke soorten remt (The Emerald Earth Company, EEC, 2016).

 

2.3 Milieubeheer

EMRO (2008) rapporteerde dat het gebruik van EM in het beheer van organisch afval het fermentatieproces van organisch residu tussen de 6 en 8 weken versnelt; de beschikbaarheid van nutriënten in de organische resten (stikstof en fosfor) verhoogt; de omzetting van organisch materiaal in humus versnelt; organisch materiaal verrijkt met nuttige micro-organismen; de aanwezigheid van insecten zoals huisvliegen elimineert, aangezien het geurloos is; en de kosten van het transporteren van grote hoeveelheden afval vermindert. Calderon-Tapia et al. (2020) rapporteerden dat de cocktail gevormd door de vier stammen van Effectieve Micro-organismen een vermindering van de waarden van de fysisch-chemische parameters van het percolaat vertoont in vergelijking met het monster zonder de micro-organismen, en bovendien dat deze cocktail de slechte geur geproduceerd door de afbraak van organisch materiaal controleert. Safwat en Matta (2021) rapporteerden dat effectieve micro-organismen (EM) steeds breder worden toegepast in onder andere de geneeskunde, het milieu, de veeteelt, de bosbouw en de landbouw. Hidalgo et al. (2022) rapporteerden dat EM, door fermentatie van het materiaal, de generatie van slechte geuren en de aanwezigheid van plaaginsecten vermindert.

 

2.3.1 Afvalwaterbehandeling

Effectieve micro-organismen kunnen worden gebruikt voor de behandeling van afvalwater, in rioleringssystemen, lagunes, vijversystemen, vast afval, voedselafval, veehouderijfaciliteiten, geurbehandeling, septic tanks, ter plaatse systemen, opslagtanks, recreatieve voertuigen, boten en draagbare toiletten (Korn, 2013). EM ondersteunt de micro-organismen die werken in de rioleringsinstallaties en verbetert hun metabole processen.

 

2.4 Composteren

Compost kan binnen zo snel als drie weken worden voorbereid, in vergelijking met een minimum van drie maanden bij traditionele methoden. De compost is van zeer goede kwaliteit, heeft een goede textuur en een aangename geur. Alle organische afvalmaterialen op de boerderij kunnen voor dit doel worden gebruikt (Correa, 2011). EM verbetert de afbraak en kwaliteit van compost door de populatie van nuttige macro- en micro-organismen te verhogen (Packialakshmi en Yasotha, 2014; Ezeagu et al., 2017).

Wanneer we geactiveerde effectieve micro-organismen in omgevingen met rottingsbacteriën gieten, zullen de microbiomen verbeteren en zullen onaangename geuren worden onderdrukt (Joshi et al., 2019).

 

2.5 Verhoging van Biogasproductie

Het gebruik van effectieve micro-organismen (EM) ter verhoging van biogasproductie door compostering van vaste pyrethrumresten na de extractie van pyrethrines (marc) werd gerapporteerd door Mwegoha (2012).

 

2.6 In Huizen

De EM-technologie voor huishoudelijk gebruik blijkt effectief te zijn, zoals gerapporteerd door Mathews en Gowrilekshmi (2016). Effectieve micro-organismen vormen een zeer zure oplossing die oppervlakken herbevolkt met nuttige microben, en zijn daarom niet schadelijk voor de behandelde oppervlakken. De aanwezigheid van de microben ontmoedigt de groei van schimmels, gisten en schadelijke bacteriën.

EM Sustainable Living (2010) rapporteerde dat EM kan worden gebruikt voor persoonlijke verzorging en welzijnsdoeleinden. Het rapport beweert dat EM kan worden toegevoegd aan was- of badwater, kan worden aangebracht op de tanden, kan helpen bij de controle van een slechte adem, kan worden gebruikt als haarspoeling, ongewenste geuren uit haar- en huidproducten kan verwijderen, en kan worden gebruikt om wonden en zweren te reinigen.

 

2.7 Gezondheid en Preventieve Geneeskunde

EM-X1, een versie van EM die geschikt is voor menselijke consumptie, heeft aangetoond effectief te zijn in het behandelen van in vitro menselijke kankerceltypes zoals KG1a acute myelogene leukemie (AML) en Hep3B hepatocellulair carcinoom (HCC) door apoptose in de aangetaste cellen te veroorzaken (Chui et al., 2006). Een andere manier waarop EM anti-proliferatie-effecten op kankercellen kan hebben, is door het aantal vasculaire endotheliale groeifactoren (VEGF) in in-vitro omstandigheden te verminderen, en het kan ook werken tegen angiogenese, een proces dat vereist is voor tumor groei (Chui et al., 2006). EM-X1 kan, zoals aangetoond door Aruoma et al. (2003), ook worden gebruikt als behandeling voor neurodegeneratie omdat het in staat is om oxidatieve stressprocessen te remmen. Een andere medische toepassing van EM is in de behandeling van astma door het aantal type 2 helper T-cellen (TH2) te verminderen, zodat er minder immunoglobuline E (IgE) wordt geproduceerd, wat resulteert in een afname van de luchtweghyperreactiviteit die bij astmapatiënten wordt waargenomen (Do et al., 2006). Necrose en degeneratie van de hepatocyten, necrose van galwegen en proliferatie van galwegen zijn gereguleerd door EM. Morfometrische evaluatie toonde aanzienlijk hogere villi in het jejunum na toevoeging van EM (Michalska et al., 2021).

 

2.8 Behandeling van Rampen

Effectieve micro-organismen (EM) hebben zich bewezen als waardevol in rampenbestrijding en milieuherstel. Tijdens de tsunami-ramp in Zuid-Azië in december 2004 werd EM ingezet om de groei van ziekteverwekkende organismen na de ramp te voorkomen (TeraGanix, 2014; EMRO, 2014). De Duitse regering gebruikte EM om giftige wateren en verontreinigde afwateringsgebieden te saneren na de overstromingen van de Elbe-rivier in 2002. Bovendien is EM toegepast om vervuilde binnenzeeën in Japan te decontamineren en voor verschillende andere bioremediatieprojecten wereldwijd (The Emerald Earth Company, 2016).

 

3 | Conclusie

Deze review onderstreept dat Effectieve Micro-organismen een unieke technologie vertegenwoordigen die in staat is om een diverse reeks van nuttige bacteriën en andere micro-organismen in een stabiele probiotische consortium te kweken en te behouden. Deze kenmerkende eigenschap onderscheidt EM van andere probiotische technologieën en biedt een breed scala aan toepassingen op het gebied van landbouw, milieubeheer, gezondheid en rampenbestrijding.

 

Literatuur

Zie pagina 7 van de originele tekst.

 

 

================== Review artikel nr.2 ==================

 

Biomass Conversion and Biorefinery (2022) 12:4649–4664
https://doi.org/10.1007/s13399-022-02428-x

Manure biostabilization by efective microorganisms as a way
to improve its agronomic value
D. Hidalgo1,2 · F. Corona1,2 · J.M. Martín‑Marroquín1,2
Received: 27 October 2021 / Revised: 17 January 2022 / Accepted: 2 February 2022
© The Author(s) 2022

1CARTIF Technology Centre, Boecillo, 47151 Valladolid,Spain
2 ITAP, University of Valladolid, 47010 Valladolid, Spain

Samenvatting

De traditionele logica achter effectieve micro-organismen (EM) is gebaseerd op mediainoculatie met gemengde culturen van nuttige micro-organismen om een gunstiger milieu voor plantengroei en gezondheid te creëren wanneer het medium de bodem is. In navolging van deze redenering hebben andere onderzoeken zich gericht op het bestuderen van het effect van effectieve micro-organismen wanneer ze worden gebruikt als meststofstabilisatoren, in sommige gevallen door ze op te nemen in diëten van dieren, waarbij in alle gevallen gunstige eigenschappen werden gerapporteerd. Het gebruik van effectieve micro-organismen is echter nog niet wijdverbreid. Een reden hiervoor kan zijn dat er tot nu toe geen rigoureus onderzoek is gedaan naar het werkelijke nut van deze gemengde culturen voor meststabilisatie en gewasproductie. In dit werk worden de potentiële toepassingen van effectieve micro-organismen getoond, met de focus op het evalueren van de invloed van deze gemengde culturen op de biostabilisatie van mest voordat deze als meststof wordt gebruikt. Dit werk presenteert ook enkele nieuwe perspectieven op de rol en toepassing van effectieve micro-organismen als microbiële inoculanten om een microbiologisch evenwicht van mest te bereiken, zodat de kwaliteit ervan kan worden verbeterd, wat de productie en bescherming van gewassen verhoogt wanneer het als meststof wordt toegepast, en helpt natuurlijke hulpbronnen te behouden en een duurzamere landbouw en milieu te creëren. Tot slot bespreekt dit document ook strategieën om het effect van effectieve micro-organismen na hun inoculatie in de bodem als onderdeel van de mest te verbeteren.

Trefwoorden: Circulaire economie, Effectieve micro-organismen, EM, Microbiële diversiteit, Nutriëntencyclus, Biofertilisers, Dierlijk afval

 

1 Inleiding

De uniekheid van micro-organismen en hun vaak onvoorspelbare aard en biosynthetische capaciteiten, die grotendeels afhankelijk zijn van omgevingsomstandigheden, maken hen tot waarschijnlijke kandidaten om bijzonder moeilijke problemen op te lossen in verschillende wetenschapsgebieden. De afgelopen 50 jaar zijn micro-organismen met succes gebruikt om milieubescherming, landbouwbiotechnologie en een effectievere behandeling van landbouw- en gemeentelijk afval te bevorderen. Veel van deze technologische vooruitgangen zouden niet mogelijk zijn geweest met alleen chemische of fysische methoden, of als dat wel het geval was, zouden ze waarschijnlijk niet economisch haalbaar zijn geweest [1]. Hoewel microbiële technologieën de afgelopen jaren met aanzienlijk succes zijn toegepast op verschillende landbouw- en milieuproblemen, zijn ze niet altijd gemakkelijk geaccepteerd omdat het vaak moeilijk is om hun gunstige effecten consistent te reproduceren. Micro-organismen zijn alleen effectief wanneer ze de juiste en optimale omstandigheden hebben om hun substraten te metaboliseren, waaronder beschikbaar water, voedingsstoffen, pH en de temperatuur van hun omgeving.

Het ongepaste gebruik van dierlijke mest en andere afvalstromen als meststoffen heeft traditioneel ernstige milieu- en sociale problemen over de hele wereld veroorzaakt. Vaak werd geprobeerd deze problemen op te lossen met gevestigde chemische en fysische methoden. Er is echter over het algemeen gebleken dat dergelijke problemen niet kunnen worden opgelost zonder het gebruik van microbiële methoden en technologieën in samenwerking met landbouwproductie [2, 3]. Jarenlang hebben microbiologen de neiging gehad om micro-organismen te onderscheiden in schadelijke of nuttige, afhankelijk van hun functies en hoe ze het medium waarin ze actief zijn beïnvloeden [4]. Bij landbouwkwesties worden nuttige micro-organismen meestal beschouwd als diegenen die organisch afval en resten kunnen afbreken, atmosferische stikstof kunnen binden, pesticiden kunnen ontgiften, de nutriëntencyclus kunnen verbeteren, plantenziekten en bodembacteriën kunnen onderdrukken en bioactieve verbindingen kunnen produceren die de plantengroei stimuleren. Aan de andere kant zijn schadelijke micro-organismen degenen die het tegenovergestelde effect bereiken [5].

In dit scenario ontstaat een nieuw concept: effectieve micro-organismen (EM), gemengde culturen van nuttige van nature voorkomende organismen die kunnen worden toegepast als inoculanten om de microbiële diversiteit van een ecosysteem te vergroten. Het concept van EM werd in de jaren 80 ontwikkeld door Higa [6] om te verwijzen naar een typologie van nuttige micro-organismen. EM bevat geselecteerde soorten micro-organismen, waaronder dominante populaties van melkzuurbacteriën en gisten, fotosynthetische bacteriën en andere soorten organismen. Al deze zijn onderling compatibel en kunnen in vloeibare cultuur naast elkaar bestaan. De reden achter de interesse in EM is dat het inoculeren van een medium met gemengde culturen van nuttige micro-organismen een gunstiger milieu kan creëren voor micro-organismen of levende organismen die al aanwezig zijn.

 

Onderzoek heeft aangetoond dat het inoculeren van het bodem-planten ecosysteem met EM de bodemkwaliteit en -gezondheid kan verbeteren, evenals de kwaliteit, opbrengst en groei van gewassen [5]. Een van de redenen voor deze effecten is dat fotosynthetische bacteriën, de belangrijkste componenten van EM, synergistisch werken met andere micro-organismen om de voedingsbehoeften van planten te ondersteunen en de incidentie van pathogene micro-organismen te verminderen [7]. Olle en Willians [8] onderzochten het effect van EM wanneer toegepast op de bodem op groei, opbrengst, kwaliteit en bescherming van groenten, en concludeerden dat 70% van de gepubliceerde studies over dit onderwerp concludeerden dat EM een positief effect had op de groei van planten. Dezelfde auteurs concludeerden in een ander artikel [9] dat EM interacteren met het bodem-planten ecosysteem om plantpathogenen en ziekteverwekkers te onderdrukken, mineralen op te lossen, energie te behouden, het microbiële-ecologische evenwicht van de bodem te handhaven, de fotosynthese-efficiëntie te verhogen en biologische stikstof te binden.

In navolging van deze redenering hebben andere onderzoeken zich gericht op het bestuderen van het effect van EM wanneer ze in diëten van dieren worden opgenomen. Er is aangetoond dat deze EM, wanneer ze in contact komen met het organisch materiaal dat het dieet van het dier vormt, nuttige stoffen afscheiden zoals vitamines, organische zuren, gechelateerde mineralen en antioxidanten [10]. De aanwezigheid van EM leidt ook tot een toename in de productie van korteketenvetzuren, wat de pH verlaagt en een antibacterieel effect uitoefent door een selectieve blokkering van de kolonisatie (adhesie) van pathogenen [11]. Het gebruik van EM in de dierlijke productie is veelbelovend, aangezien verschillende studies een voordeel vonden met betrekking tot de onderdrukking van de groei van pathogene organismen met antibiotica. Aan de andere kant genereren ze geen chemische residuen die op mensen kunnen worden overgedragen [12]. Safalaoh et al. [13] bestudeerden de potentiële rol van EM als een alternatief voor antibiotica in vleeskuikendiëten en vonden positieve resultaten met de EM-effecten meer uitgesproken bij de hogere dosering (30 g/kg). De afwezigheid van antibiotica in het dieet vermindert de milieu-impact van de geproduceerde mest (vrij van deze chemicaliën) en verbetert de potentiële eigenschappen als organische meststof. Reszka et al. [14] voerden een vergelijkbare studie uit met varkens en concludeerden dat EM-suppletie resulteerde in een toename van het eiwitgehalte van het vlees, wat zich vertaalt in een betere benutting van voedingsstoffen die worden overgedragen aan het vlees in plaats van aan de mest, waardoor de economie en duurzaamheid van het veehouderijproces verbeteren. Razak [15] ontdekte dat EM een snelle groeiprestatie bevorderden bij vrouwelijke geiten en ook de wormlast bij het dier en daarmee in de mest verlaagden. Ballena [16] concludeerde in een studie met legkippen dat de toepassing van EM in voeders de productie- en economische parameters in kippenbedrijven verbeterde, waardoor het een levensvatbaar alternatief werd in de pluimveeproductie. Vergelijkbare conclusies werden verkregen in studies uitgevoerd met varkens [17].

Het gebruik van EM tijdens compostering wordt ook beschouwd als een zeer efficiënte praktijk, aangezien het de productie van verschillende enzymen bevordert, wat resulteert in een betere afbraaksnelheid van de voedingsstoffen [18]. Het is voornamelijk aangewezen bij de compostering van langzaam afbreekbaar afval, zoals afval met een hoge C/N-verhouding (houtige delen van de plant, stro), grassen en vetten [19]. Niet alleen het gebruikte voer, maar ook de microbiota die bij het proces betrokken zijn, beïnvloeden de kwaliteit van de geproduceerde compost volledig [20]. De toevoeging van EM aan het substraat bevordert de organische afbraak in het composteerproces door het vrijkomen van hydrolytische enzymen die gecompliceerde gestructureerde moleculen afbreken en wateroplosbare verbindingen vormen [21]. Microben hebben ook invloed op het behoud van voedingsstoffen (voornamelijk stikstof) [22]. Naast het metaboliseren van organische verbindingen, produceren EM eenvoudige plantbruikbare verbindingen die het gebruik in de landbouw verbeteren en het natuurlijke ecosysteem stabiliseren wanneer ze aan de bodem worden toegevoegd [18]. Tabel 1 vat eerdere ervaringen samen van EM-toevoeging aan verschillende afvalstromen, wat resulteert in versnelde compostering met hogere nutriëntenretentie en een toename van het potentiële biogas in de anaerobe vergisting.

 

Sommige onderzoekers zijn een stap verder gegaan in de studie naar de potentiële toepassingen van EM door de mogelijke rol van EM bij de biostabilisatie van mest te evalueren voordat deze als meststof wordt gebruikt. EM bezit verschillende nuttige eigenschappen in processen van stabilisatie van dierlijke mest, waaronder de fermentatie van organisch materiaal zonder de afgifte van nare geuren en het vermogen om toxische componenten (H2S) om te zetten in niet-toxische stoffen (SO4) [55]. Deze review bespreekt het meest relevante onderzoek met betrekking tot de aard van EM en hoe ze de evolutie van mest beïnvloeden en het gedrag ervan tijdens bemestingsprocessen. De huidige review trachtte ook de effecten van mogelijke mechanismen op EM te verduidelijken die verband houden met nutriëntenverrijking en het gunstige effect van biogestabiliseerde mest. Het wordt verwacht dat deze review nuttig zal zijn om inzicht te krijgen in de bevordering van essentiële micro-organismen in mest, evenals het bieden van een oplossing om de aanwezigheid van bepaalde voedingsstoffen in de juiste chemische vorm in de eindproducten verder te verbeteren, evenals de afwezigheid van ongewenste elementen.

 

2 Effectieve Micro-organismen

Deze micro-organismen worden ingedeeld in grote functionele groepen zoals: fotosynthetische bacteriën, melkzuurbacteriën, gistgroepen, actinomyceten en schimmels. Hun verwachte functies in de ontvangende omgeving (bijv. mest) zijn onder andere: fixatie van atmosferische stikstof, afbraak van organisch materiaal, onderdrukking van pathogenen, recycling en verhoging van de beschikbaarheid van voedingsstoffen voor planten, afbraak van toxines inclusief pesticiden, productie van antibiotica en andere bioactieve componenten, productie van eenvoudige organische moleculen, vorming van zware metaalcomplexen (slecht opneembaar door planten), oplosbaar maken van onoplosbare voedingsbronnen en de productie van polysacchariden die de bodemaggregatie kunnen verbeteren [56]. 

 

2.1 Fotosynthetische bacteriën (fototrofische bacteriën)

Deze groep micro-organismen wordt voornamelijk vertegenwoordigd door de soorten Rhodopseudomonas palustris en Rhodobacter sphaeroides, facultatief autotrofe micro-organismen. Dit zijn onafhankelijke micro-organismen die bioactieve stoffen, nucleïnezuren, aminozuren en suikers uit mest synthetiseren, die door andere micro-organismen, heterotrofen in het algemeen, als substraten worden gebruikt om hun populaties te vergroten [57]. Meer specifiek is R. palustris een facultatieve fototrofische bacterie die wordt geclassificeerd als een niet-zwavel purperbacterie. Deze soort is in staat aminozuren, organische zuren, hormonen, vitamines en suikers te produceren, die allemaal door heterotrofe micro-organismen kunnen worden gebruikt voor hun groei [56]. Aan de andere kant is R. sphaeroides een Gram-negatieve, facultatief fotosynthetische bacterie. Naast fotosynthetische activiteit vertoont R. sphaeroides grote metabolische diversiteit die lithotrofisme, aerobe en anaerobe ademhaling, stikstoffixatie en de synthese van tetrapyrrolen, chlorofyllen en vitamine B12 omvat [58]. In afwezigheid van zuurstof geven ze de voorkeur aan het verkrijgen van al hun energie uit licht door middel van fotosynthese, waarbij ze groeien en hun biomassa vergroten terwijl ze CO2 absorberen, maar ze kunnen ook groeien door toxische en niet-toxische koolstofverbindingen af te breken in aanwezigheid van zuurstof. Ze kunnen de energie van de infrarode band van zonnestraling van 700 tot 1200 nm gebruiken om organisch materiaal te produceren, terwijl planten dat niet kunnen, waardoor de efficiëntie van de planten na bemesting met fototrofische bacteriën verrijkte mest wordt verhoogd [7]. De metabolieten die door deze micro-organismen in de mest worden gegenereerd, worden direct door de planten geabsorbeerd na hun toepassing en dienen als substraat voor de populatietoename van nuttige micro-organismen. In de rhizosfeer bijvoorbeeld, worden de vesiculaire arbusculaire mycorrhizae verhoogd dankzij de beschikbaarheid van stikstofverbindingen (aminozuren) die door fototrofische bacteriën worden uitgescheiden. Mycorrhizae vergroten op hun beurt de oplosbaarheid van fosfaten in de bodem en voorzien zo in fosfor die voorheen niet beschikbaar was voor planten. Mycorrhizae kunnen ook coëxisteren met azobacter en rhizobiums, waardoor het vermogen van planten om stikstof uit de atmosfeer te binden, toeneemt [59].

 

2.2 Melkzuurbacteriën

Deze bacteriën zijn zuur tolerant, dus sommige kunnen groeien bij pH-waarden zo laag als 3; anderen bij waarden zo hoog als 9; en de meeste groeien bij een pH tussen 4 en 4,5. Deze eigenschappen stellen hen in staat om van nature te overleven in omgevingen waar andere bacteriën dat niet kunnen [60]. Deze groep bacteriën omvat geslachten zoals Lactobacillus (L. plantarum, L. casei), Lactococcus, Bifidobacterium, Streptococcus (S. lactis) en Pediococcus, die kunnen worden geïsoleerd uit gefermenteerde voedingsmiddelen of het darmkanaal van dieren. Deze bacteriën reduceren nitraat niet tot nitriet en produceren melkzuur als het enige of belangrijkste product van koolhydraatfermentatie [61]. Melkzuur is een krachtig sterilisatiemiddel. Het onderdrukt schadelijke micro-organismen en bevordert de snelle afbraak van organisch materiaal. Bovendien bevorderen melkzuurbacteriën de afbraak van organisch materiaal, zoals lignine en cellulose, en fermenteren ze deze materialen, die normaal gesproken lang duren [62]. Melkzuurbacteriën kunnen een antagonistisch effect vertonen tegen verschillende fytopathogene agentia in mest, voornamelijk vanwege de daling van de pH en de productie van peptiden met antimicrobiële activiteit, zoals klasse I bacteriocinen en nisine, die zeer actief zijn tegen Gram-positieve bacteriën. Vanuit bio-ecologisch oogpunt zijn deze bacteriën microaerofiel, dus ze gedijen in een atmosfeer met 5% CO2. Het zijn langzaam groeiende micro-organismen die sterk afhankelijk zijn van temperatuur, met een optimum van 30 °C [63]. Melkzuurbacteriën hebben het vermogen om de verspreiding van Fusarium te onderdrukken, een schadelijk micro-organisme dat ziekten veroorzaakt bij gewassen [64]. Er is geen precieze informatie over de manier waarop melkzuurbacteriën werken bij de behandeling van mest, maar gezien hun kenmerken wordt gesuggereerd dat door het verlagen van de pH een remming van pathogenen wordt gegenereerd. Echter, niet alleen melkzuur is verantwoordelijk voor de antimicrobiële effecten die door lactobacillen worden gegenereerd [65].

 

2.3 Gisten

Ze vormen een microbiegroep die aanwezig is in de bereiding van EM en in staat is om verschillende koolstofbronnen (glucose, sucrose, fructose, galactose, maltose, gehydrolyseerde wei en alcohol) en energie te gebruiken. Verschillende soorten van het geslacht Saccharomyces vormen deze microbiële gemeenschap, hoewel de soorten Saccharomyces cerevisiae en Candida utilis overheersen. Deze micro-organismen hebben ammoniak, ureum of ammoniumzouten en een mengsel van aminozuren nodig als stikstofbron. Ze zijn niet in staat om nitraten of nitrieten op te nemen [66]. Andere voedingsstoffen die deze micro-organismen nodig hebben, zijn fosfor, magnesium (magnesiumsulfaat), calcium, ijzer, koper, zink en B-complexvitamines [67]. Deze micro-organismen synthetiseren antimicrobiële stoffen uit suikers en aminozuren die door fotosynthetische bacteriën worden uitgescheiden; ze produceren ook bioactieve stoffen zoals hormonen en enzymen, die stoffen zijn die door melkzuurbacteriën in EM worden gebruikt. Als onderdeel van hun fermentatieve metabolisme produceren gisten ethanol in relatief hoge concentraties, wat ook wordt erkend als een antimicrobiële stof. Daarom wordt aangenomen dat door de koolhydraten in mest af te breken, ethanol zal worden geproduceerd, dat kan functioneren als een antagonistische stof tegen pathogene micro-organismen [68].

 

2.4 Actinomyceten

Dit zijn filamentachtige bacteriën met enige gelijkenis met schimmels. De groei bestaat uit een vertakt mycelium dat de neiging heeft om in bacteriële elementen te fragmenteren. Veel actinomyceten zijn vrijlevend, vooral in de bodem. Ze vallen op door hun hoofdrol bij het oplossen van de celwand of componenten van planten, schimmels en insecten. Om deze reden zijn ze van groot belang bij compostering en bij bodemvorming. Als componenten van EM worden Streptomyces albus en Streptomyces griseus het meest gerapporteerd als actinomycete soorten [69]. Verschillende soorten actinomyceten, voornamelijk behorend tot het geslacht Streptomyces, zijn uitstekende biologische bestrijdingsmiddelen vanwege hun brede repertoire aan productie van schimmelwerende stoffen die de myceliale groei van verschillende fytopathogene schimmels remmen. De antagonistische activiteit van Streptomyces tegen pathogene schimmels wordt over het algemeen in verband gebracht met de productie van schimmelwerende stoffen zoals extracellulaire hydrolytische enzymen (chitinasen en β-1,3-glucanase). Ze worden beschouwd als belangrijke hydrolytische enzymen bij de lysis van de celwanden van Fusarium oxysporum Schltdl., Sclerotinia minor Jagger en Sclerotium rolfsii Sacc. [70]. Actinomyceten kunnen coëxisteren met fotosynthetische bacteriën. Zo verbeteren deze soorten de kwaliteit van het medium waarop ze worden toegevoegd (bijv. mest) door hun antimicrobiële activiteit te verhogen. De centrale rol tijdens de afbraak van mest in het composteerproces wordt gespeeld door de actinobacteriën. Over het algemeen wordt de afbraak van mestbiopolymeren bereikt door de werking van enzymen die worden gesynthetiseerd door actinobacteriën, zoals α-amylase, glucose-isomerase, glucoamylase en proteasen [71].

 

2.5 Fermenterende schimmels
Schimmels breken organisch materiaal snel af om alcohol, esters en antimicrobiële stoffen te produceren, geuren te onderdrukken en besmetting door schadelijke insecten en wormen te voorkomen. De schimmels dragen bij aan de processen van mineralisatie van de organische koolstof van de mest; daarnaast zijn veel schimmels antagonistisch ten opzichte van fytopathogene soorten. Aan de andere kant hebben schimmels het vermogen om zich zowel geslachtelijk als ongeslachtelijk voort te planten, waarbij de laatste hen in staat stelt zich snel te vermenigvuldigen onder gunstige omstandigheden (zure en koolstofrijke substraten) en de geslachtelijke (sporen) komt vaker voor onder ongunstige omstandigheden. Schimmels hebben relatief lage stikstofbehoeften, wat hen een concurrentievoordeel geeft bij de afbraak van materialen zoals stro en hout [72]. Onder de belangrijkste vertegenwoordigers van deze schimmels in EM-culturen bevinden zich de volgende soorten: Aspergillus oryzae (Ahlburg) Cohn, Penicillium sp., Trichoderma sp., en Mucor hiemalis Wehmer. A. oryzae is een microscopische, aerobe en filamenteuze schimmel. Deze soort wordt al duizenden jaren gebruikt in de Chinese, Japanse en andere Oost-Aziatische keuken, vooral om sojabonen en rijst te fermenteren, hoewel ook cellulolytische activiteit wordt gerapporteerd [58]. Verschillende soorten van het geslacht Penicillium zijn uitstekende afbrekers van lignine en cellulose, zeer gebruikelijk in tropische ecosystemen vanwege hun vermogen om extracellulaire enzymen af te scheiden, hun aanpassing aan zure omgevingen en waterstress, en hun snelle groei [73]. De soorten behorend tot het geslacht Trichoderma sp. worden gekenmerkt als saprofytische schimmels, die overleven in substraten met verschillende hoeveelheden organisch materiaal, dat ze kunnen afbreken en, onder bepaalde omstandigheden, kunnen ze facultatief anaeroob zijn, wat hen een grotere ecologische plasticiteit geeft. Trichoderma-soorten komen voor op alle breedtegraden, van de poolgebieden tot de evenaar. Deze brede verspreiding en hun ecologische plasticiteit zijn nauw verbonden met hun hoge enzymatische capaciteit om substraten af te breken, een veelzijdig metabolisme en resistentie tegen microbiële remmers. Trichoderma-soorten kunnen verschillende biocontrollerende mechanismen uitoefenen, zoals competitie om ruimte en voedingsstoffen, mycoparasitisme, antibiose en inductie van resistentie [74].

 

Al deze bovengenoemde micro-organismen hebben fermentatie-eigenschappen, productie van bioactieve stoffen, competitie en antagonisme met pathogenen, en helpen een natuurlijk evenwicht te behouden tussen de reeds in de omgeving aanwezige micro-organismen, wat positieve effecten heeft op de gezondheid en het welzijn van het ecosysteem [75]. Auteurs zoals Ramírez [76] stellen dat wanneer EM's worden geïnoculeerd in een medium, het individuele effect van elk micro-organisme sterk wordt vergroot op een synergistische manier door hun werking in de gemeenschap en daarom is er interesse in hun gezamenlijke toepassing. Ramírez [763] stelt ook dat de verschillende soorten micro-organismen in het EM-mengsel stoffen gebruiken die door andere organismen worden gegenereerd en hun werking en ontwikkeling hierop baseren. Volgens Luna [56] bevat mest stoffen die door deze micro-organismen worden gebruikt om te groeien, waarbij aminozuren, nucleïnezuren, vitamines, hormonen en andere bioactieve stoffen worden gesynthetiseerd. De verschillende soorten EM (fototrope bacteriën, melkzuur, actinomyceet, gisten en schimmels) hebben hun respectieve functies. Echter, fototrope bacteriën kunnen worden beschouwd als de kern van de EM-activiteit. Fototrope bacteriën versterken de activiteiten van de andere micro-organismen. Dit fenomeen wordt "co-existentie en co-prosperiteit" genoemd. De toename van EM-populaties in de bodems, dankzij de toevoeging van een verrijkte slurry als meststof, bevordert de ontwikkeling van reeds in de bodem aanwezige gunstige micro-organismen. Als gevolg daarvan wordt de bodemmicroflora overvloedig, en ontwikkelt de bodem daarom een goed uitgebalanceerd microbieel systeem. In dit proces worden specifieke microben (vooral schadelijke) onderdrukt, waardoor het aantal bodemmicrobiële soorten dat ziekte veroorzaakt, vermindert. Daarentegen onderhoudt EM in deze ontwikkelde bodems een symbiotisch proces met plantwortels naast de rhizosfeer [59].

 

Kennis van de soorten bacteriën en schimmels die deel uitmaken van het EM-mengsel dat aan mest wordt toegevoegd en dat bijdraagt aan de stabilisatie ervan (door de afbraak en transformatie van organisch materiaal en voedingsstoffen en de eliminatie van pathogenen) is essentieel om verrijkingsalternatieven te ontwikkelen van gestabiliseerde mest of compost met een hoog gehalte aan voedingsstoffen in vormen die beschikbaar zijn voor planten [77]. In veel gevallen worden micro-organismen die als onderdeel van het EM-mengsel worden toegevoegd, geclassificeerd volgens het element waarop ze inwerken, zoals organisch materiaal, stikstof, fosfor of kalium. Op deze manier kunnen stabilisatiestrategieën worden ontworpen op basis van de samenstelling van het te verwerken ruwe materiaal, zoals weergegeven in Tabel 2.

 

3 Effecten van EM op mest

Het toevoegen van EM (Effectieve Micro-organismen) aan mest is bedoeld om populaties van nuttige micro-organismen te vestigen, waardoor de proliferatie van andere schadelijke micro-organismen wordt voorkomen. Op deze manier vermindert EM door fermentatie van het materiaal de productie van slechte geuren en de aanwezigheid van plaaginsecten [59]. Recent hebben Hamad et al. [78] een studie uitgevoerd waarin ze de remmende rol van EM op de groei van pathogene bacteriën hebben aangetoond. Deze auteurs toonden aan hoe de toevoeging van EM in lage concentratie (1%) de groei van pathogene bacteriën in het algemeen en van S. aureus en E. coli in het bijzonder voorkwam. De resultaten van deze studie bevestigen de resultaten van eerdere studies die ook de effectiviteit van EM aantoonden bij het remmen van de groei van pathogene bacteriën in verschillende media. Safwat et al. [79] merkten op dat het gebruik van EM in concentraties van 1% en zelfs lager een significant remmend effect had op de groei van tien soorten pathogenen (bacteriën en schimmels), waaronder naast S. aureus en E. coli ook de volgende: Bacillus subtilis, Neisseria gonorrhoeae, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus faecalis, Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Candida albicans, en Candida parapsilosis. Het belang van deze bevinding is zeer groot aangezien sommige van deze micro-organismen gekenmerkt worden door hun vermogen om ziekten bij dieren en mensen te veroorzaken, hun resistentie tegen antibiotica en hun milieuversatiliteit. Daarom wijzen deze auteurs zelfs op het gebruik van EM voor desinfectiedoeleinden. Een ander eerder werk dat het pathogeen-remmende karakter van EM ondersteunt, is dat van Rahman et al. [80]. Deze auteurs testten het effect van EM-toevoeging op vier bacteriesoorten: S. aureus, Pasteurella spp., Salmonella spp., en E. coli, waarbij bleek dat EM zeer effectief was in het remmen en verminderen van de groei van de vier bacteriesoorten, in sommige gevallen zelfs hun aanwezigheid in het kweekmedium volledig elimineerde. De primaire rol van EM bij het remmen van de groei van pathogene bacteriën is niet definitief bepaald, maar men gelooft dat ze concurreren met pathogene bacteriën om voedsel in het medium waarin ze zich bevinden [81]. Bovendien zijn de producten die in het metabolisme van EM worden gegenereerd, nadelig voor de groei van andere bacteriën, vooral pathogene bacteriën, omdat ze lactobacillen bevatten die melkzuur produceren, wat wordt beschouwd als een krachtig sterilisatiemiddel dat schadelijke bacteriën remt [79]. In de veeteelt wordt ook verondersteld dat EM helpt om het bacteriële evenwicht in de darmen te behouden en het immuunsysteem te stimuleren [82].

 

Een van de belangrijkste functionele eigenschappen van EM is de fixatie van atmosferisch stikstof [42]. Met stikstoffixatie wordt bedoeld de combinatie van moleculaire stikstof met zuurstof of waterstof om oxiden of ammoniak te vormen die in de biosfeer kunnen worden opgenomen. De reductie van stikstof tot ammonium, uitgevoerd door vrijlevende bacteriën of in symbiose met sommige plantensoorten (vlinderbloemigen en sommige niet-houtige vlinderbloemigen), staat bekend als biologische stikstoffixatie. Binnen dit consortium van stikstoffixerende micro-organismen zijn er twee grote groepen: de eerste vertegenwoordigd door symbiotische bacteriën en de tweede door vrijlevende bacteriën. De belangrijkste symbiotische bacteriën van belang zijn de soorten van het geslacht Rhizobium [83]. Aan de andere kant behoren tot de belangrijkste vrijlevende bacteriën die in staat zijn atmosferische stikstof te fixeren de geslachten Azotobacter, Azospirillum, Beijerinckia, Azoarcus, Burkholderia, Enterobacter, Klebsiella, en Bacillus [84, 85]. Een andere interessante eigenschap van EM is de afbraak van organisch materiaal. Het proces is gebaseerd op de activiteit van de micro-organismen die in de mest leven en die worden gestimuleerd door een hoge aanwezigheid van deze EM. Het resultaat van de gezamenlijke activiteit is meestal een stabiele gefermenteerde organische meststof, die in staat is de planten te bemesten en tegelijkertijd de bodem te voeden [58].

 

EM hebben ook de mogelijkheid om fytopathogenen uit mest te onderdrukken. Het gebruik van EM-consortia is bijvoorbeeld efficiënt gebleken bij de bestrijding van phytonematoden [86]. De reden is dat EM kunnen concurreren om ruimte en voedingsstoffen, waardoor de ontwikkeling van fytopathogene soorten wordt beperkt. Evenzo kan de onderdrukkende activiteit van EM worden uitgeoefend door de productie van verbindingen met antimicrobiële activiteit (antibiotica en antischimmelverbindingen), de productie van sideroforen, de inductie van resistentie, de productie van metabolieten, antibiose, activering van antioxidante systemen in planten of de activering van resistentiegenen in planten [87]. EM kunnen op hun beurt de nutriëntenrecycling in mest bevorderen, evenals de nutriëntenbeschikbaarheid voor planten verhogen. Bovendien zijn deze micro-organismen in staat om toxische stoffen zoals pesticiden af te breken, waardoor eenvoudige organische moleculen ontstaan die door planten kunnen worden opgenomen, of complexen te vormen met zware metalen, wat hun opname door de plant beperkt. De introductie van een populatie nuttige bacteriën in de mest heeft een ondersteunend effect bij het verminderen van de microbiële ziekten die geassocieerd zijn met de daaropvolgende toepassing van die mest op de bodem. EM-inoculatie stimuleert het "rotatie-effect", dat optreedt als gevolg van de eliminatie van pathogene bacteriën en de regeneratie van nuttige organismen. Ziekteonderdrukking wordt bereikt door de beschikbare bronnen tussen ziekteverwekkende microben en nuttige microben die met het EM-mengsel in de bodem worden geïntroduceerd, te elimineren, wat resulteert in een verbeterde populatie van micro-organismen die de beschikbare bronnen in mest zullen uitputten en leiden tot een vermindering van pathogene micro-organismen [88].

 

Een andere eigenschap van EM is dat ze de oplosbaarheid van slecht oplosbare nutriëntenbronnen bevorderen. De fosforverbindingen in mest kunnen worden geclassificeerd in anorganische en organische verbindingen. De minerale verbindingen van fosfor bevatten meestal ook variabele hoeveelheden aluminium, ijzer, mangaan en calcium [89]. In veel landbouwbodems worden grote reserves van fosfor in een onoplosbare vorm aangetroffen, als gevolg van de toepassing van fosforhoudende meststoffen, en op deze manier kan dit belangrijke nutriënt niet door de plant worden opgenomen. Fosfaatoplossende micro-organismen gebruiken verschillende oplossingsmechanismen, zoals de productie van organische zuren, die deze onoplosbare fosfaten oplossen. Oplosbare fosfaten kunnen al door de plant worden opgenomen, wat de groei en productiviteit van de plant verbetert. Door gebruik te maken van deze fosfaatreserves in de bodems, wordt ook de noodzaak om chemische meststoffen toe te passen verminderd. Fosfaatoplossende micro-organismen kunnen een fundamentele en praktische rol spelen bij het verbeteren van de fosforreserve in de bodem, na toevoeging van met EM verrijkte mest, zonder de bodemmicroflora negatief te verstoren [89]. Bacteriële inoculatie heeft ook een positief effect op de bio-beschikbaarheid van ijzer in de mest, volgens Joshi et al. [90]. Deze auteurs rapporteerden veel toepassingen van EM in de veehouderij. Bijvoorbeeld, EM verminderen onaangename geuren op boerderijen die het gevolg zijn van de ophoping van trimethylamine en ammoniak. Het voeren van dieren met een rantsoen dat EM bevat, verbetert hun interne microbiota en vermindert daardoor de intensiteit van mestgeuren. Deze auteurs observeerden ook dat het sproeien van EM-micro-organismen in de stallen, evenals de toevoeging van EM aan het drinkwater van de dieren, de microbiële omgeving van de hele stal verbetert, inclusief de intestinale bacteriële flora van het vee, wat helpt ziekten te voorkomen. Als resultaat worden verschillende gunstige effecten waargenomen, zoals dat de smaak en kwaliteit van de dierlijke producten verbetert en de producten langer vers blijven. Bovendien is het mogelijk het gebruik van vaccins en antibiotica te verminderen, waardoor een veiligere productie van dierlijke producten wordt ondersteund vanuit het oogpunt van zowel producenten als consumenten [90].

 

Als we ons richten op veemest, is het algemeen bekend dat het een bron is van een diversiteit aan nutriënten en de biologische, chemische en fysische eigenschappen van de bodem kan verbeteren. Echter, de effecten van organische meststoffen op de gewasopbrengsten zijn op lange termijn en niet direct, dus boeren geven vaak de voorkeur aan het gebruik van minerale meststoffen in hun teeltsystemen. De toevoeging van EM samen met organische meststoffen blijkt een effectieve techniek te zijn om de aanvoer en afgifte van nutriënten door planten te stimuleren [91]. Volgens Khaliq et al. [92] verhoogt de toepassing van organische resten of EM alleen de gewasopbrengst niet significant.

 

Hun geïntegreerde gebruik van beide producten resulteerde echter in een opbrengstverhoging van 44% ten opzichte van het controlegewas. De toepassing van EM met commerciële minerale meststof (in plaats van mest) resulteerde in een lichte opbrengstverhoging (14%) ten opzichte van alleen minerale meststof, wat aantoont dat EM effectiever is wanneer het wordt toegepast met organische meststoffen. De relatief lage respons van minerale meststoffen in vergelijking met de toepassing van EM wordt gerechtvaardigd, volgens deze auteurs, door het feit dat EM bestaat uit verschillende micro-organismen die alleen goed kunnen reageren in aanwezigheid van voldoende organisch materiaal. De volgende secties bespreken de resultaten die zijn verkregen in verschillende onderzoeken wanneer EM werden toegevoegd aan mest van verschillende oorsprong om te worden gebruikt als een bemestingsbron.

 

3.1 Effecten op kippenmest

Het is een gangbare praktijk in de pluimveehouderij om kippen te overvoeren tot een minimumgewicht van 2 kg voordat ze op de markt komen. Deze praktijk resulteert meestal in een grote hoeveelheid mest met een hoog eiwitgehalte, samen met andere voedingsstoffen zoals mineralen en koolhydraten . Deze voedingsstoffen kunnen worden omgezet in een hoogwaardige organische meststof door compostering. Compostering is een proces dat gebruik maakt van microbiële activiteit om organisch afval te stabiliseren onder gecontroleerde temperatuur-, pH- en vochtigheidsomstandigheden. Tijdens het proces breken aerobe micro-organismen biologisch afbreekbare organische materialen af tot een stabiel eindproduct dat rijk is aan humusachtige stoffen . Over het algemeen duurt het composteren van mest lang, zoals 45 dagen voor kippenmest ; dit proces kan echter worden versneld door EM aan de mest toe te voegen in de productiehuizen zelf, wat tegelijkertijd is aangetoond de lokale impact van de dieren te verminderen door geuren, het verschijnen van insecten en uitspoeling . Gunawan et al. onderzoekten lokaal beschikbare en betaalbare alternatieven voor EM en bereikten compostrijping van pluimvee op dag 24. In een andere studie toonden Joseph et al. aan dat de toevoeging van EM aan kippenmest de scheuthoogte, stamdikte, bladnummer, bladoppervlak en vers bladgewicht bij Rode amarant (Amaranthus hybridus) gewassen aanzienlijk verhoogde. Bovendien werd een verminderde plaagbesmetting van de mest waargenomen. Deze resultaten kwamen overeen met de bevindingen van Reddy en Giller die succesvolle insectenbestrijding in komkommers en peulvruchten rapporteerden met de toevoeging van EM, evenals betere groei van gewasbladeren en -stelen, wat leidde tot een opbrengstverhoging van 15%. Groentegewassen zijn zeer vatbaar voor plagen en ziekten tijdens de groeifase. Volgens Joseph et al. vervult de toevoeging van EM aan organisch materiaal twee hoofdfuncties. Ten eerste creëert het betere groeiomstandigheden die leiden tot een sterker en gezonder gewas. Ten tweede inoculeert het het oppervlak van de bladeren met nuttige microben, die concurreren met ziekteverwekkers. EM in kippenmest fungeert, volgens deze auteurs, als een insectenwerend middel door een barrière rond de plant te creëren wanneer het wordt aangebracht.

 

Wan et al. onderzochten de effecten van EM-inoculatie in compost van kippenmest met maïsstro door de invloed van temperatuur, pH, vochtigheid, stikstoftransformatie, C/N-verhouding, humificatieniveaus en rijpheid van de compost te evalueren. De resultaten toonden aan dat de inoculatie met micro-organismen de thermofiele fase in de compostering verlengde in vergelijking met de controlegroepen, waarbij de temperatuur, de pH en de kiemindex toenamen naarmate de composteringsperiode vorderde. Deze resultaten suggereren dat inoculatie met micro-organismen nuttig was om het composteerproces te vergemakkelijken, aangezien het het ammoniakgehalte tijdens de afkoelingsfase aanzienlijk verminderde. Bovendien nam het nitraatgehalte toe op dag 10 en bleef dit toenemen tot het einde van de thermofiele fase. Verbeteringen werden ook waargenomen in stikstoftransformatie, humificatieniveaus en compostrijpheid in de inoculatiehopen. Samenvattend suggereerden de auteurs om de praktijk van EM-cocktailinoculatie te generaliseren om de efficiëntie te verhogen en de rijpheid in de compostering van kippenmest te bevorderen. Uribe et al. kwamen tot soortgelijke conclusies toen zij het composteerproces van pluimveemest van kooivogels en het effect van EM op de fysische en chemische samenstelling van de compost evalueerden. Het mengsel van kippenmest met EM vertoonde een snellere daling van de pH, onder 8,5, wat duidt op een versnelling van het compoststabilisatieproces. De fysisch-chemische tests uitgevoerd door deze auteurs toonden hogere waarden van stikstof en kalium voor het mengsel van kippenmest met EM. De waarden in de koolstof/stikstof-verhouding en in de kationuitwisselingscapaciteit waren adequaat en in lijn met wat normaal wordt verkregen voor dit type compostering.

 

3.2 Effecten op rundermest

Composteren is een gebruikelijke en effectieve methode om rundermest te behandelen, waarbij een product wordt verkregen dat als organische meststof kan worden gebruikt. Tijdens het composteren breken bacteriën, schimmels, micro-arthropoden en andere organismen organisch materiaal af tot stabiele, bruikbare organische stoffen die compost worden genoemd. Hoewel het afbraakproces van nature plaatsvindt, kunnen verschillende maatregelen de biologische afbreekbaarheid van de inheemse microbiële gemeenschap versnellen. Inoculatie is zo'n maatregel, die helpt om de initiële microbiële populatie in rundermest te vergroten, de gewenste enzymen te genereren en het aantal nuttige microbiële gemeenschappen te verbeteren, waardoor het algehele composteerproces aanzienlijk wordt verbeterd.

 

Jiang et al. rapporteerden dat het toevoegen van 1% EM (inclusief ammonificerende bacteriën, nitrobacteriën en Azotobacter) aan het begin van het composteren effectief de rijpheid van compost kan bevorderen en stikstofverlies kan verminderen. Xi et al. ontdekten ook dat de inoculatie van microben het gehalte aan fulvine- en humusachtige verbindingen verhoogde, evenals de mate van humificatie van de composteerproducten. Hun meertraps inoculatiemethode verlengde de periode van hoge temperatuur en verbeterde de gemeenschapsdiversiteit van bacteriën en schimmels, waardoor concurrentie tussen de inoculaties en inheemse microben werd verminderd, wat de groei van de geïnoculeerde micro-organismen bevorderde.

 

Zhao et al. observeerden dat inoculatie in verschillende stadia van compostering duidelijk de afbraak kon versnellen en de diversiteit van de actinobacteriegemeenschap kon verbeteren, zelfs bij het gebruik van compost uit landbouwafval. Nakasaki et al. toonden aan dat de giststam Pichia kudriavzevii RB1 de vroege stadia van rundermestcompostering beïnvloedde vóór de thermofiele fase, waardoor het algemene composteerproces werd versneld.

 

Li et al. inoculeerden rundermest met een mengsel van EM, geïsoleerd uit natuurlijke composthopen, en merkten op dat deze actie de composteringstijd niet significant verkortte. De temperatuur van de hoop nam echter toe, de afbraak van organisch materiaal versnelde en een aanzienlijk hogere kiemkrachtindex gaf aan dat rijpheid werd bevorderd door het inoculerende micro-organisme.

 

Over het algemeen tonen deze studies aan dat inoculatie van EM in rundermest de afbraak van organisch materiaal bevordert, verder dan de capaciteiten van inheemse micro-organismen. Het is raadzaam om meerdere inoculaties in verschillende stadia van het composteerproces toe te voegen om de resultaten te maximaliseren.

 

3.3 Effecten op varkensmest

De inoculatie van EM in varkensmest is minder bestudeerd dan in pluimvee- of rundermest vanwege het hoge watergehalte van deze stroom, wat in sommige gevallen de economische duurzaamheid van het proces bemoeilijkt. Het is echter waargenomen dat de creatie van een antioxiderende omgeving door EM helpt bij het verbeteren van de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen, wat de basis is voor de behandeling van varkensmest.

 

Zhou et al. onderzochten het effect van het toevoegen van EM op de microbiële gemeenschap en de biologische beschikbaarheid van zware metalen tijdens het composteren van varkensmest. Ze vonden dat compost aan de veiligheidsvereisten voldeed met een kiemkrachtindex van 96,42%. De algemene diversiteit van bacteriële en schimmelsoorten nam af gedurende het composteerproces, en de biologische beschikbaarheid van Cu en Pb nam aanzienlijk af. Er was een correlatie tussen deze parameter en de verandering in de structuur van de bacteriële en schimmelgemeenschap. Li et al. ontdekten dat de omzetting van Cu en Zn naar stabielere vormen tijdens het composteren van varkensmest met biochar en EM geassocieerd was met de vorming van fulvine- en humusachtige stoffen.

 

Xu en Li bestudeerden de effecten van een commercieel microbiologisch inoculum van EM op het composteren van varkensmest, waarbij ze twee identieke hopen vergeleken onder dezelfde omgevingsomstandigheden, met als enige verschil dat de ene hoop werd geïnoculeerd met EM en de andere niet. De geïnoculeerde hoop vertoonde een hogere temperatuursverhoging aan het begin van het composteren en een hoger gehalte aan N, P2O5, K2O en macronutriënten (NPK), wat aantoont dat EM-inoculatie de omzetting van macronutriënten in het eindcompostproduct versnelt. Inoculatie versnelde ook de afbraak van organische koolstof, en de compostkiemindex van geïnoculeerde mest was 60% hoger dan die van de controle.

 

Bastami et al. richtten zich op de opslagfase van varkensmest, waarbij microbiële processen en chemische reacties gassen zoals methaan, lachgas, ammoniak of kooldioxide vrijgeven, die ongezonde omgevingen op de boerderij genereren. Ze ontdekten dat het toevoegen van een 10% (w/w) oplossing van EM in een glucose-rijk substraat de pH van de mestslurry verminderde tot <5,0 door "zelfverzuring" veroorzaakt door melkzuurproductie, wat de CH4-emissies aanzienlijk verminderde met 87% en 99% in koude (10°C) en warme (30°C) omgevingen, respectievelijk. Dit suggereert dat zelfverzuring na het toevoegen van EM's een veelbelovend alternatief kan zijn voor het verzuren van mest met geconcentreerde zuren.

 

Een andere studie onderzocht hoe ammoniakemissies uit ruwe slurry werden beïnvloed na het toevoegen van verschillende EM-mengsels. Sommige gemengde culturen vertoonden ammoniakverwijderingsefficiënties variërend van 55,9% tot 86,7% gedurende de periode, vergeleken met de controlegroep die geen enkele inoculatie had ondergaan. Andere studies tonen aan dat inoculatie van varkensmest met een EM-mengsel rijk aan lignocellulose-afbrekende micro-organismen het risico op verspreiding van antibioticaresistentiegenen kan verminderen en de mestbeheerprocessen veiliger kan maken.

 

4 Strategieën om het effect van EM te verbeteren na hun inoculatie in de bodem

De oorspronkelijke toepassingen van EM (Effectieve Micro-organismen) waren in de landbouw om de productiviteit van biologische landbouwsystemen te verhogen. Tegenwoordig worden EM vaak direct aan de bodem toegevoegd als onderdeel van de organische stof die aan de velden wordt toegevoegd, hetzij als mest of andere meststof, of als onderdeel van een compost die is bereid met EM als additief om het rijpingsproces te verbeteren en te verkorten. Onderzoek heeft ook aangetoond dat inoculatie van bodems met EM-geïnoculeerde mest de bodemgezondheid en bodemkwaliteit kan verbeteren. Deze algemene verbetering wordt vaak toegeschreven aan een verhoogd gehalte aan organische stof, verbeterde infiltratie en aggregatie, verhoogde beluchting, en verminderde bulkdichtheid, erosie of verdichting. De gunstige effecten van EM zijn niet onmiddellijk, maar worden waargenomen wanneer de geïnoculeerde micro-organismen zich vestigen en dominant worden in het medium. In sommige bodems kan een enkele EM-inoculatie voldoende zijn om de gewenste resultaten te bereiken, hoewel dit niet gebruikelijk is. De meeste auteurs raden aan om herhaalde toepassingen van EM-verrijkte mest uit te voeren, vooral tijdens het eerste groeiseizoen, om de vestiging van de geïntroduceerde microbiota te vergemakkelijken.

De toepassing van EM-verrijkte mest op de bodem/het gewas kan op verschillende manieren worden gedaan, afhankelijk van de aard van de mest (vast of vloeibaar):

 

EM-inoculatie direct in de bodem: Verschillende EM-preparaten kunnen vóór het zaaien of tijdens de teelt op de bodem worden toegepast. Bij het gebruik van EM in gefermenteerde pluimveemest, raadt Ncube een verdunning van 1:300 van EM in water aan. Deze auteur beveelt een toepassing van verrijkte compost tot 2,5 ton per hectare aan. Hogere doses kunnen schadelijk zijn voor planten vanwege de hoge niveaus van organische zuren die de wortels kunnen beschadigen. EM-toepassingen worden door ploegen met de bodem gemengd.

 

Irrigatie met EM-verrijkte vloeibare mest (fertigatie): EM-formuleringen kunnen via irrigatie met mest op de bodem worden toegepast. Verdunningen van EM van 1:1000 tot 1:5000 kunnen worden gebruikt.

 

Besproeien van EM-verrijkte vloeibare mest op bladeren: Het besproeien van EM op plantenbladeren kan dienen als plaagbestrijding en profylactische behandeling voor ziektebestrijding. Het wordt aanbevolen om periodiek te besproeien gedurende de groeiperiode van de plant. Ncube raadt verdunningen van 1:1000 van EM aan, hoewel afhankelijk van de cultuur, verdunningen van 1:500 of 1:2000 ook kunnen worden gebruikt.

 

Volgens Olle en Williams kan de benodigde dosis EM, afhankelijk van de hoeveelheid mest die in humus moet worden omgezet, aanzienlijk variëren tussen 20 en 40 liter per hectare in het geval van verdunde preparaten, tot 1-3 liter per hectare in het geval van meer geconcentreerde commerciële preparaten. Als de bodem hoge niveaus van onverteerde organische stof bevat, kan de dosis toegevoegde EM worden verhoogd. Waar mogelijk is het raadzaam om EM in het voorjaar toe te dienen en, als er geen herfstsbehandeling is uitgevoerd, moeten deze doses worden verhoogd om een goede inoculatie van de bodem met EM te garanderen.

 

5 Conclusies en toekomstig onderzoek

Wanneer EM hun populatie verhogen, als een gemeenschap in de omgeving waarin ze zich bevinden, neemt de activiteit van natuurlijke micro-organismen toe, waardoor de microflora wordt verrijkt en microbiële ecosystemen in balans worden gebracht. EM omvatten een grote microbiële diversiteit, vertegenwoordigd door melkzuurbacteriën, fotosynthetische bacteriën, gisten, actinomyceten en filamentachtige schimmels met fermentatieve activiteit. Deze microbiële consortia hebben talrijke toepassingen in mestbeheer, wanneer hun uiteindelijke gebruik als meststof is, omdat ze functioneel de afbraak van organische stof bevorderen, de omzetting van voedingsstoffen in vormen die door planten kunnen worden opgenomen, de controle van emissies en geuren en de afwezigheid van pathogene organismen. In die zin bevat de gemengde cultuur van EM anaerobe en aerobe micro-organismen die de afbraak van organische stof veroorzaken. Het doel van melkzuurbacteriën is om een deel van de koolhydraten om te zetten in melkzuur, met als gevolg een verlaging van de pH en een grote controle over pathogene micro-organismen. Fototrofische bacteriën voeren onvolledige anaerobe fotosynthese uit, wat zeer nuttig is omdat ze mest kunnen ontgiften van voor de plant toxische stoffen die tijdens de fermentatie worden gevormd. Ze zijn ook in staat om stikstof te behouden tijdens de mestverwerking. Biogestabiliseerde mest, wanneer toegepast op de bodem, kan geleidelijk de aanval van andere bacteriën en micro-organismen die pathologieën veroorzaken remmen door een koloniserend effect op de bodem te hebben vanwege de ruimte die ze innemen en door de vermindering van de energievoorziening.

 

De micro-organismen die zich in het medium ontwikkelen na de toepassing van de geïnoculeerde mest vormen de optimale omgeving voor plantengroei, wat een groot wortelend en biostimulerend effect genereert en een positieve invloed heeft op de kwaliteit van de gewassen en de bodem. Alle studies die in dit document zijn verzameld, suggereren dat de inoculatie van EM in mest een haalbare strategie is om dierlijke afvalstoffen efficiënt om te zetten in compost, naast het verbeteren van de gezondheidsomstandigheden in veehouderijen.

 

Veel onderzoekers werken momenteel aan het analyseren van het effect van EM-rijke diëten op de gezondheid en het welzijn van dieren en op de kwaliteit van vlees en eieren. Over het algemeen wordt een verandering in het globale metabolisme van het dier gedetecteerd dankzij EM, wat ongetwijfeld gevolgen zal hebben voor de samenstelling van de mest en de agronomische waarde ervan. Er zijn echter zeer weinig referenties gevonden die de kwaliteit van de mest analyseren wanneer het dier wordt gevoerd met een dieet dat rijk is aan EM. Anderzijds is er geen enkele referentie gevonden waarin het potentieel van deze mest, verrijkt met EM via het dieet, als meststof wordt geëvalueerd. Dit onderzoek wordt nu voorgesteld als een toekomstige onderzoekslijn gezien het potentiële belang ervan.

 

Literatuur en tabellen klik hier of hier