Bodemvorming in KLEIgronden

Bodemfysica
1
Bodem als 3-fasig systeem
Gasfase
Vloeibare fase (bodemwater)
Vaste fase
Organisch
materiaal
± 6%
Anorganisch/ ± 94%
mineraal
materiaal
Bron: De Bakker & Locher, 1987
Verhouding tussen de fasen bij
verschillende grondsoorten
Vaste fase
Vaste fase bestaat uit de volgende
bestanddelen
a. Minerale delen
b. Organische stof
c. Kalk
Textuur
vs.
Structuur
Textuur
= korrelgrootteverdeling
= de grootte van de minerale deeltjes
Structuur
= de manier waarop de bodemdeeltjes
zich in clusters (aggregaten) hebben
verenigd en de manier waarop de
ruimtes/holtes tussen de
bodemdeeltjes zich hebben verenigd.
= ruimtelijke
rangschikking/vorm/grootte van de
elementaire bodembestanddelen zijn
hier van belang
Bron: WUR Bodem & Water dictaat
Textuur (1): Zware en lichte grond
Wat is een zware grond?
massagehalte (%) van stoofdroge grond < 2 mm
Dichtheid
0-2
2 - 50
50 - 2000
massafractie organische stof
(kg/m3)
lichte grond
13
18
67
2,1
1450
zware grond
56
35
6
3,4
1220
 Dus zware grond heeft een kleine textuur, maar de
dichtheid kan lager zijn dan van een lichte grond!
Textuur (2): Zand en grind
Eigenschappen van de minerale
deeltjes
Grind ( > 2000 μm)
• ronde vorm
Zand
a. 50 – 2000 μm
b. isometrische vorm
c. een chemische samenstelling
die vaak SiO2 is (kwarts)
d. ongeladen
Textuur (3): Eigenschappen
zandgronden
Eigenschappen zandgronden:
 Doorlatendheid voor water en lucht: goed, matig of slecht ?
Goed (niet te fijn zand)
 Bewerkbaarheid: goed, matig of slecht?
Goed
 Vruchtbaarheid: hoog, gemiddeld of laag?
Laag
 Draagkracht: groot, gemiddeld of klein
Groot
Leem (kleine poriën) en organische stof verhogen bodemvruchtbaarheid en
vochtvasthoudend vermogen
Textuur (4): Eigenschappen van
de minerale deeltjes
Silt
a.
b.
c.
d.
2 - 50μm
plaatvormig 2 - 16μm, isometrisch 16 – 50μm
een chemische samenstelling die vaak SiO2 is (kwarts)
ongeladen, in sloefdeel (<16μm) negatief geladen deeltjes
Eigenschappen grondsoorten met veel silt:
•
Capillaire werking: goed, matig of slecht?
•
Goed
•
Doorlatendheid: goed, matig of slecht?
•
Slecht
•
Vochtvasthoudend vermogen: groot, gemiddeld of klein
•
Groot (nadeel: laat in het voorjaar)
•
Bodemvruchtbaarheid: hoog, gemiddeld of laag
•
Gemiddeld (afhankelijk van % sloef)
Textuur (5): Eigenschappen van
de minerale deeltjes
Lutum
a. 0 - 2μm
b. plaatvormig
c. chemische
samenstelling van
Al- en Mg-silicaten
d. negatief geladen
Textuur (6): Eigenschappen
plaatvormig en klein: kleigronden
• a. bij uitdroging sterke
aantrekking tussen
deeltjes = kittend
vermogen
• b. in natte toestand glijden
de deeltjes over elkaar
heen = vervormbaarheid/
versmering
Textuur (7): Eigenschappen
kleigronden
• c. uit lagen opgebouwd: Si4+ en Al3+
met O2
– zwel/ en krimpvermogen afhankelijk van
mineralen in tussenlaag
– groot oppervlak  veel processen
Textuur (8): Eigenschappen
kleigronden
Eigenschappen kleigronden
d. gevormd door verwering: vervanging
van Si4+ door Al3+ geeft negatieve
lading
• absorptie van kationen als K+, Na+, NH4+ (bescherming
tegen uitspoeling)
• in combinatie met groot oppervlak  chemische
bodemvruchtbaarheid
• Negatieve lading van klei en geabsorbeerde kationen
trekken polaire water moleculen aan (osmotische
binding) = vochtbindend vermogen
Textuur versus eigenschappen grond
Slempgevoeligheid (vervloeiing van
bovengrond)
Stuifgevoeligheid ( verstuiving van
bovengrond)
Ploegzool ( versmering van laag op 25
cm diepte)
Vocht leverend vermogen ( capillaire
opstijging)
Doorlatendheid (poriënstructuur)
Indeling en benaming van
grondsoorten
a. Indeling naar lutum-, silt- en
zandgehalte
Textuurdriehoeken voor:
• niet- eolische afzettingen op basis
van lutumgehalte (kleidriehoek)
• Eolische afzettingen op basis van
leemgehalte (zanddriehoek)
 Meeste Nederlandse rivier- en zeekleigronden vallen in de rode zone
Indeling en benaming van
lutumgehalte
%%
lutum
naam% afslibbaar
% afslibbaar
lutum = 2/3
0-5
klei-arm zand
0 - 7,5
5-8
kleiig zand
7,5 - 12
8 - 17,5
lichte zavel
12 - 26
17,5 - 25
zware zavel
26 - 37
25 - 35
lichte klei
37 - 52
35 - 100
zware klei
52 - 100
 Meeste Nederlandse eolische afzettingen vallen in de gestippelde zone
Indeling en benaming naar
leemgehalte
% leem
naam
0 - 10
leemarm zand
10 - 17,5
zwak lemig zand
17,5 - 32,5
sterk lemig zand
32,5 - 50
zeer sterk lemig zand
50 - 85
zandig leem
85 - 100
siltige leem
Indeling zandgronden ook op basis van
mediaan van het zanddeel (M50 getal)
2000
zeer grof zand
420
matig grof zand
210
matig fijn zand
150
zeer fijn zand
105
uiterst fijn zand
50
grof zand
zand
fijn zand
Eigenschappen van organische stof
en humus (1)
Organisch materiaal
6% v.d. vaste fase
Dood organisch
BodemMateriaal
Organismen
85%
7%
Humus = dood organisch
materiaal dat zover is omgezet
dat plantaardige en dierlijke
resten niet meer herkend
kunnen worden
Levende
Wortels
8%
Eigenschappen van
organische stof en humus (2)
Hypothetische voorstelling van de
ruimtelijke ordening van
zandkorrels (A), kleipakketjes
(B), humusdeeltjes (C) en poriën
(D) in de bodem.
Eigenschappen van
organische stof en humus (3)
Organische stof in kleigronden:
•
•
•
•
vermindert de slempgevoeligheid
vergroot het luchtgehalte
verbetert de afwatering
verbetert de bewerkbaarheid door
een betere verkruimelbaarheid
 Verbeterde structuur
Eigenschappen van
organische stof en humus
Organische stof in zandgronden:
• verbetert de bewortelbaarheid
• vergroot het
vochtvasthoudendvermogen
• doet de winderosiegevoeligheid
afnemen
 Verbeterde structuur
• vergroot de chemische vruchtbaarheid
b. Indeling naar humusgehalte
Benaming
% organische stof bij
0% Lutum
zand
humusarm
10% Lutum
lichte zavel
20% Lutum
zware zavel
30% Lutum
lichte klei
45% Lutum
zware klei
0-1,5
0-2
0-2
0 -2,5
0 - 2,5
Matig
humusarm
1,5 - 2,5
2-3
2-3
2,5 - 3,5
2,5 - 4
matig humeus
2,5 - 5
3-6
3-6
3,5 - 7
4-8
zeer humeus
5-8
6-9
6 - 10
7 - 11
8 - 13
humusrijk
8 - 15
9 - 18
10 - 20
11 - 22
13 - 25
venig zand
15 - 22,5
-
-
-
-
venige klei
-
18 - 27
20 - 32
22 - 35
25 - 40
22,5 - 35
-
-
-
-
-
27 - 55
32 - 60
35 - 70
>40
>35
>55
>60
>70
-
zandig veen
kleiig veen
veen
Kalkgehalte
Zeeklei: kalkarm of kalkrijk
Rivierklei: kalkloos of kalkhoudend
heeft invloed op:
• bewerkbaarheid
• slempgevoeligheid
• verkruimelbaarheid
c. Indeling naar kalkgehalte
Naam
% CaCO3
opbruising
kalkrijk
meer dan 1
zichtbare opbruising
kalkarm
0,5 - 1
hoorbare opbruising
kalkloos
minder dan 0,5
geen opbruising
Structuur (1) ontstaan door fysische rijping
fysicogene structuurelementen: scherpe ribben, gladde vlakken.
gladde prisma’s (verticaal) scherpe blokken (langs 3 assen gelijk)
Structuur (2) ontstaan door biologische rijping
biogene structuurelementen: afgeronde ribben, ruwe vlakken.
afgeronde prisma’s
afgeronde blokken + granulairen
Structuur (3) ontstaan door biologische rijping
biogene structuur: spons- / gangenstructuur (vaak zandbodems).
Een sedimentaire gelaagdheid
(moeilijk doordringbaar voor wortels)
verandert door bodemdieren in een
spons- of gangenstructuur.
30
microscopisch beeld spons-/ gangstructuur
Structuur (4):
Bodem is verdicht
Structuurverval:
druk van machines
neerslag
Structuurverval - Verdichting
• Risico op ondergrondverdichting in het
landelijk gebied in kaart, Alterra, 2012
– “De meeste gronden in Nederland lopen
een matig tot zeer groot risico op
ondergrondverdichting bij het huidige
landgebruik en gangbare wiellasten.”
• Structuurverval: opbrengstderving na
20 jaar:
– Opbrengst -/- 2,5 % tot -/- 5 %
Bron:
http://edepot.wur.nl/251636
Structuur (5) ontstaan door
biologische rijping
Betekenis voor plantengroei:
Vorming biogene bodemstructuur met een
permanent (hele jaar,
open), heterogeen (verschillende
grootteklassen), doorlopend
(tot grote diepte aanwezig) poriёnstelsel
(PHDP).
Cilindrische holten en onregelmatige
scheuren zwellen niet dicht
bij vernatting!
wortels in bioporiën
Structuur (6) PHDP
Waarom is een PHDP belangrijk?
Belangrijk voor een optimale:

Vochthuishouding (kleine poriёn water).

Luchthuishouding (grote poriёn, O2 / CO2).

Afvoer overtollig regenwater (grote poriёn).

Beworteling (kleine en grote poriёn)
https://www.youtube.com/watch?v=FqgEz9T6e_4
https://www.youtube.com/watch?v=jqEX0nGEcrg
http://www.gaiabodem.nl/index.php?i=632
Vloeibare fase
Bron: De Bakker & Locher (1987)
36
Water in de bodem
beïnvloedt:
• Plantengroei (zowel te veel als te weinig water)
• Bodemvorming
• Fysische, chemische en biologische processen in
de bodem
37
Watergebruik door planten
voor
1. productie van koolhydraten
(fotosynthese)
2. verdamping
3. transport van voedingsstoffen
4. stevigheid van de plant (turgor)
38
Water in de bodem (1)
- In en rond vaste bodemdeeltjes
( gebonden water)
- in grotere holten en gangen
(ongebonden water)
- in kleine poriën (capillair gebonden
water)
39
Water in de bodem (2)
Bron: WUR Bodem & Water dictaat
40
Bodemwater wordt
aangetrokken door:
•
•
•
•
Plantenwortels
Zwaartekracht (Fz)
Bodemdeeltjes = adhesiekrachten
Watermoleculen onderling = cohesie
41
Adhesie & Cohesie 
Capillaire opstijging (1)
Bron: De Bakker & Locher (1987)
42
Capillaire opstijging (2)
a. De hoogte van capillaire
opstijging zc in buisjes
van verschillende
diameter dc
b. Grafische weergave van
de formule
zc = 30 (in mm)
dc
Bron: De Bakker & Locher (1987)
43
Beschikbaar water hangt af van:
1. Hangwater
2. Hoeveelheid capillaire opstijging
3. Aantrekkingskracht van de
bodemdeeltjes
44
Vochtgehalte van verschillende
grondsoorten
vochtgehalte (%)
grondsoort
natte grond
droge grond
humusarme zandgrond
13
3
kalkrijke zavel
34
9
kalkarme zware klei
60
31
45
Beschikbaarheid bodemvocht
• is niet afhankelijk van het vochtgehalte
• is wel afhankelijk van de
aantrekkingskracht van de bodemdeeltjes
pF curve of wel vochtkarakteristiek
Verband tussen drukhoogte en voschtgehalte
46
pF curve
47 & Locher (1987)
Bron: De Bakker
pF curves
klei
zand
C Zware rivierklei
B Lichte zavel
D Veenmosveen
A Duinzand
veen
48
Vochtleverend vermogen
Is afhankelijk van:
• Effectieve worteldiepte
• Capillaire nalevering (min. 2mm vocht per dag) in
voorjaar en zomer
• Hangwater
49
Indeling bodemprofielen
Bij hangwaterprofielen
bereikt het grondwater nooit
de wortels
Bij grondwaterprofielen kan
grondwater met cap.
opstijging het hele
jaar de wortels
bereiken
Bij tijdelijke grondwater-profielen
kan in het voorjaar grondwater met
cap. opstijging de wortels bereiken
maar in de zomer niet
50
Vochtleverend vermogen
• Capillaire opstijging & vochtbergend vermogen
Textuur
Grof zand
Capillaire opstijging
(2mm/dag) in cm boven
grondwater
Vochtbergend vermogen
in mm/10 cm laagdikte*
40
5
Siltige leem
180
28
Lichte zavel
130
20
Lichte klei
70
15
Zware klei
50
11
Veen
40
35
* Is er humus aanwezig? Dan worden de waardes met
1 mm per 1% humus opgehoogd.
51
Grondwatertrappen
- Hoofdindeling van
grondwatertrappen
- GHG
GLG
- 1 - 2 50-80
- 3 <40
80 -120
- 4 >40
80-120
- 5 <40
>120
- 6 40-80
>120
- 7 >80
>120
Gasfase
Gasfase
Bron: De Bakker & Locher (1987)
Samenstelling van lucht (in vol %) in een goed
geventileerde bodem:
Bodemlucht
Atmosferische lucht
Zuurstof (O2)
12 - 20
19 - 21
Koolstofdioxide (CO2)
0,5 - 9
0,03
Stikstofgas (N2)
78 - 85
76 - 78
Edelgassen
1
1
Waterdamp (H2O)
1,5 - 2
0,5 - 2
Aëratie
= bodemventilatie
= aanvoer van O2 naar de wortels
en afvoer van CO2 van de wortels
door:
- diffusie (bevordert door
grondbewerking)
- regenval
Gewasreactie bij onvoldoende aëratie:
•
•
•
•
Afname wortelgroei
Afname opname voedingsstoffen
Afname fotosynthese  klein en ondiep wortelstelsel
Afname rendement toegediende meststoffen:
Bijv. N-voorziening:
1. Nitrificatie  denitrificatie
2. Uitspoeling N
Oplossingen:
• Ontwatering
• Opheffen bodemverdichtingen (mechanisch of door het
faciliteren van een optimaal bodemleven)
• Toevoer van o.s.  bioporiën
Fasenverdeling verschillende grondsoorten
GROND
volume vaste
fase
totaal poriën
volume
%
%
volume poriën gevuld
met:
water %
lucht
%
niet lemige humusarme
zandgrond
58
42
11
31
zeekleigrond,
18% lutum
52
48
33
15
lössgrond
50
50
34
16
Komkleigrond, 61 %
lutum
44
56
53
3
Luchtbehoefte afhankelijk van:
1) Gewas én gewasstadium
– Gras 10 vol%
– Aardappelen 20 vol%
2) Grondsoort: zelfde gewas in
zandgronden 20 vol % en in
kleigronden 10 – 15 vol%
vanwege:
– hogere structuurgraad bij kleigronden
– scheuren in kleigronden bij uitdroging
Bodemtemperatuur
– Droge bodem warmt sneller op dan
natte bodem
– Vroege gronden hebben vroeg in het
voorjaar een hoge
bodemtemperatuur
Bodemtemperatuur
Bron: WUR Bodem & Water dictaat