Waterplanten en Waterkwaliteit

Waterplanten en Waterkwaliteit
Leon van den Berg
Moni Poelen
Monique van Kempen
Laury Loeffen
Sarah Faye Harpenslager
Jeroen Geurts
Fons Smolders
Leon Lamers
Platform Ecologisch Herstel Meren
Vrijdag 11 oktober 2013, Den Bosch
Voedingsstoffen zijn sturend!
Oligotrofiëring
Nutriënten
Eutrofiering
atmosfeer
Oppervlakte water
Naast input van buiten
Is er ook interne eutrofiering
SO42-
reductie
alkaliniteit,
SO42-
grondwater
Fe
sulfide
eutrofiering
HPO42NH4+
reductie
alkaliniteit,
sulfide
HS- tox.
Fe defic.
FeSx
Fe ~ P
mineralisatie
Belangrijke abiotische stuurvariabelen waterplanten:
- Beschikbaarheid nutriënten (water / bodem)
- Water, substraat, diepte
- Licht, temperatuur, expositie, stroming
- Beschikbaarheid anorganisch koolstof (CO2 / HCO3- in water, CO2
in bodem, CO2 in atmosfeer)
- Beschikbaarheid zuurstof in bodem
- Toxines
Belangrijke biotische stuurvariabelen waterplanten:
- Competitie
- licht (o.a. algen, epifyten)
- nutriënten, koolstof
- ruimte
- Begrazing en andere biologische/fysische verstoringen
- Bodemomwoeling
- Allelopathie
- Infecties
Waterkwaliteit
N, P, Alkaliniteit, CO2
Turbiditeit, etc
Waterplanten
Waterkwaliteit
N, P, Alkaliniteit, CO2
Turbiditeit, etc
Waterplanten
De invloed van planten op de waterkwaliteit
Opname van nutriënten door planten
Afgifte van nutriënten door planten (afbraak + lekken)
Effecten van planten op zuurstofhuishouding en
redoxpotentiaal in de bodem
Effecten van planten op de pH (fotosynthese!)
Afgifte van allopathische stoffen door planten
Veldstudie
Opname van nutriënten door planten
P in planten (gP/kg Droge stof)
kroos
ondergedoken waterplanten
14
12
10
R² = 0.3051
8
6
4
2
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
P in bodemvocht (mgP/L)
- opname van stikstof en fosfor vaak colimiterend maar ook limitatie
door CO2 (laag totaal C, of hoog totaal C maar weinig CO2) en licht
Van den Berg et al 2012
Opname ammonium (µmol/gDW/uur)
Experiment
Tijd (uur)
Limitatie door CO2 gebrek maar ook door enzymkinetiek Fritz et al, 2014
Afgifte van stoffen door planten
Afbraak
Planten
Water
Ca-PO4
Organische
fractie
mineralisatie
PO4
Al-PO4
Fe-PO4
Adsorptie/desorptie
Elektronen acceptoren
SO42-, NO3-, Fe(III)
N2
Decompositie
Organisch materiaal
S2FeS
Fe(II)
Fe(O)OH
NH4
CH4
PO4
CO2
HCO3
afgifte
(alkaliniteit)
stimulatie
reactie met
CaCO3
co-precipitatie met of adsorbtie
Gemiddelde gewichtsverlies na 180
dagen (%)
Afbraak van waterplanten
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Smalle
waterpest
Waterviolier
Klein Kroos
Aarvederkruid
Afbraak van waterplanten
Smalle Waterpest
Waterviolier
Aarvederkruid
klein Kroos
Totaal P totaal
in dePwaterlaag
(µmol/L)
in waterlaag (umol/L)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Nov
Dec
Dec
Jan
Feb
Feb
Mar
Apr
Na 70 dagen ongeveer 90% van alle P uit de planten verloren !!
Van den Berg 2012
P Mobilisatie naar waterlaag (mgP/kg
vers materiaal /dag)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Verschillend per plantensoort maar rond 8-10 mgP/kg Vers/dag
over eerste 70 dagen
Geurts en van den Berg 2012
Wat betekent dit voor een plas:
casus Oldambtmeer
• Veel plantenwoekering
• In 2011 maaien: 1000 ton vers materiaal
van ongeveer 400 ha
ofwel 2500 kg Vers/ha
• Dat is 1405 g P/ha ! (gebaseerd op
gemiddelde P gehalte waterpest)
• Mocht daarvan 90% vrijkomen dan is dat
1264 g P/ha over 70 dagen
• Dat is per dag 18 g
= 1,8 mgP/m2/dag!
PO43-(mg/l P)
0.1
2004
2005
2007
2006
0.08
0.06
0.04
0.02
0
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
-0.02
Helaas
is seizoen dynamiek niet altijd duidelijk en spelen andere
processen een rol
Data Loenderveense plassen (Gerard ter Heerdt)
Effecten van planten op de zuurstofbeschikbaarheid
Experiment
Effecten van planten op de zuurstofbeschikbaarheid
Waterlaag
Bodem
25 cm
Zuurstofprofielmetingen
elke 1 cm
Controle
Grof Hoornblad
Waterpest
• Gemeten in de ochtend = fotosynthese nog niet op gang
• Omslagpunt naar zuurstofloosheid al op 5cm (vanaf waterlaag)
Harpenslager & Geurts in prep
Controle
Grof Hoornblad
Waterpest
• Gemeten in de middag = fotosynthese maximaal
• Omslagpunt naar zuurstofloosheid op 15cm (vanaf waterlaag)
 Effecten op pH van het water!! (CO2 verbruik)
Harpenslager & Geurts in prep
monsterpunten
Experiment
Effecten van kroosdek op de zuurstofbeschikbaarheid
O2 in waterlaag onder kroosdek
• In het donker zonder planten  geen fotosynthese en weinig zuurstof
• In het licht zonder planten  algengroei en fotosynthese (dus zuurstof)
• In het licht met een kroosdek  weinig algen en zuurstof verdwijnt naar atmosfeer
• In de bovenste laag van de onderwaterbodem zijn de concentraties
verder gedaald naar 0%
Van den Berg 2012
Theorie
De effecten van zuurstofbeschikbaarheid op
het vrijkomen van nutriënten
Niet functionerende IJzerval
(O2 )laag
PO 34
of
Redoxpotentiaal laag
Experiment
De effecten van zuurstofbeschikbaarheid op
het vrijkomen van nutriënten
12
O2 (mg/L)
10
8
Twee bodemtypen
Klei + Veen
6
4
2
0
MIX
N2
O2
Van den Berg 2012
3.5
3
3
2.5
P nalevering (mg/m2/dag)
P nalevering (mg/m2/dag)
Resultaten
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
MIX
N2
klei
O2
2
1.5
1
0.5
0
MIX
N2
O2
veen
Sterke stimulatie van de P-nalevering door zuurstofloosheid!!!
Van den Berg 2012
P nalevering (% van maximum)
Zuurstof (mg/L)
Van den Berg 2012
Ondergedoken waterplanten nemen toe als gevolg van:
• Helder worden van het water
• Hoge beschikbaarheid van nutriënten!
 wat nu?
 is dit gewenst/ongewenst?
Experiment
Groei van verschillende plantensoorten
in bassins met verschil in
-substraten (en dus interne P-fluxen)
-externe aanvoer PO43-
P flux bodem
P nalevering
Hoog
P flux water
Laag
P binding
van Kempen et al in prep
P flux bodem
P nalevering
Hoog
P flux water
Laag
P binding
van Kempen et al in prep
P flux bodem
P nalevering
Hoog
P flux water
Laag
P binding
van Kempen et al in prep
Anabaena azollae
Symbiose maakt dit proces langdurig mogelijk: geen N limitatie
van Kempen et al in prep
Toepassingen
Azolla (N en P rijk)
uitmijnen van landbouwgronden
-Experiment: 3 jaar Azolla kweek op een geïnundeerde zandige
kleibodem van een maisakker uit de Mariapeel
 4840, 4100 en 3765 kg droge Azolla biomassa per
jaar (vochtgehalte 95±1%) per hectare
 = hoeveelheid P nodig om één hectare maisakker
tot een productie van 6-9 ton mais te laten komen
Conclusies
• Waterplanten hebben directe invloed op nutriënten in de
waterlaag door opname en afgifte (via afbraak). Dit effect kent
een seizoen dynamiek maar deze is niet altijd terug te meten in
het veld
• Fluxen kunnen zeer groot zijn
• Waterplanten hebben een groot effect op de
zuurstofbeschikbaarheid in de waterlaag en in de bodem
(direct via fotosynthese en respiratie en indirect via afbraak)
wat weer een groot effect heeft op de nutriënten samenstelling
van het water
Dank voor uw aandacht!