Bodemkunde: theorie Stijn Vandelanotte -1

advertisement
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 2: Ecologie (enkel algemene zaken en termen !!)
Wat is ecologie?
Is onderdeel van biologie → bestudeert de relaties tussen organismes (planten, dieren, schimmels, algen en
bacteriën) onderling en in verhouding met de abiotische omgeving
Ecologische (biologische) landbouw en voeding is een verzamelnaam voor landbouwmethoden en
voedingsmiddelen die voldoen aan bepaalde eisen op het gebied van milieu, natuur en landschap, het welzijn van
dieren en productiemethoden
Aandachtsgebieden van ecologie
Plantenecologie → de ecologische relaties tussen planten onderling en met hun omgeving
Vb: onderzoek naar de optimale verdeling van bladoppervlak en bladstikstof in een vegetatie in relatie tot de
productieviteit
Vb: veldonderzoek naar de effecten van verschillende soorten van beheer op de vegetatiesamenstelling van
bepaalde graslanden
Dierenecologie → de ecologische relaties tussen dieren onderling en met hun omgeving
Vb: onderzoek naar prooi-predator relaties binnen een bepaald ecosysteem
Evolutionaire ecologie en paleo-ecologie → de ecologische relaties en ecosystemen in de loop van de tijd
(evolutionaire ecologie) of van een heel lange tijd geleden (paleo-ecologie)
Vb evolutionair: onderzoek naar de selectiedruk op bepaalde relaties en de gevolgen hiervan op de dynamica
van een bepaald ecosysteem
Vb: paleo: onderzoek naar bepaalde ecologische veranderingen en processen die zich in het verre verleden
hebben afgespeeld
Ontstaan van terrestrische en mariene ecosystemen
Ecologische gevolgen van grootschalige klimatologische veranderingen (ijstijden)
Systeem- en theoretische ecologie → onderzoek naar de dynamica en het functioneren van ecosystemen, waarbij
men met behulp van wiskundige moddelen de stof- en energiestromen in en tussen ecosystemen kwantitatief in kaart
probeert te leggen
Vb: ecologisch onderzoek naar de mondiale koolstofkringloop
Landschapsecologie → onderzoek op grote schaal waarbij vooral gekeken wordt naar biogeochemische interacties
tussen ecosystemen in het landschap
Vb: onderzoek naar de ecologische effecten van eutrofiering van natuurgebieden, als gevolg van extensieve
overbemesting van nabijgelegen landbouwgebieden
Enkele begrippen
Biosfeer: het gedeelte van de aarde waar leven mogelijk is. De biosfeer is het leefgebied van alle aardse organismen;
in de vaste aardbodem is de biosfeer met uitzondering voor bacteriën enkele meters diep, in de lucht is hij enige km
hoog en in het water strekt hij zich uit tot op zeer grote diepten
Ecosysteem: deel van biosfeer met min of meer natuurlijke grenzen zoals bos of zee. In een ecosysteem leven
kenmerkende organismen onder gelijke omstandigheden
Habitat: plaats waar een bepaald organisme leeft of groeit
Biotoop: de kleinst mogelijke geografische onderverdeling van de habitat → dus een gebied met een uniform
landschapstype waarin bepaalde planten of dieren kunnen gedijen
Microhabitat: de onmiddelijke omgeving van de plant of het dier binnen de habitat
Bioom: verzameling van flora en fauna die in een habitat leeft en een bepaalde topografie bezet.
Eutrofiering: het verschijnsel dat door toevoer van een overmaat aan voedingsstoffen een sterke groei en
vermeerdering van bepaalde soorten optreedt, waarbij meestal de soortenrijkheid of biodiversiteit echter juist sterk
afneemt. (bv in zoet water waar door uitspoeling veel meststoffen in terechtkomen, met name stikstof en fosfaat. Het
resultaat is een sterke algengroei
Niche: aanduiding voor de plaats die een soort of een populatie in een ecosysteem inneemt: beschrijving kan
levensloop van organisme, zijn habitat, en/of zijn plaats in de voedselketen omvatten
Abiotische factoren: externe factoren die geen biologische oorsprong hebben (bodem, klimaat, gesteente)
Stel: abiotische factoren in een omgeving veranderen ⇒ de organismen met deze eigenschappen die tegen deze
veranderingen bestand zijn gaan het overleven
Zonering: verschijnsel dat in gebieden met een graduele overgang in biotische factoren er zones te onderscheiden
zijn met ieder een eigen soortensamenstelling
Biodiversiteit: verscheidenheid in genen, soorten en ecosystemen binnen een regio. Aantal beschreven
levensvormen op aard= +/- 4 miljoen.
Stijn Vandelanotte
-1-
Bodemkunde: theorie
Bepalende factoren
Inleiding
Ecosysteem: interactie tussen abiotische factoren, biotische factoren en de mens
Abiotische factoren → wetenschapdisciplines
Klimaat (klimatologie)
Gesteente of moeder materiaal (aardkunde-geologie)
Relief en expositie (geomorfologie)
Grond en oppervlakte water (hydrologie)
Bodem (bodemkunde)
Biotische factoren → wetenschapdisciplines
Plantenwereld (plantkunde)
Dierenwereld (dierkunde)
Mensenwereld (menswetenschappen)
De samenhang tussen deze factoren leidt tot het onderscheiden op landschapsschaal van homogene eeneheden,
de zgn. ecotopen
Landschapsecologische factoren en hun invloed op processen
Algemeen: De onderscheiden factoren sturen de landbouwecologische processen die op hun beurt de abiotische
condities ter plekke grotendeels bepalen
Klimaat
Ecologisch relevante kenmerken: zonnestraling, temperatuur, neerslag, verdamping en wind
Neerslag: gemiddeld 750-800mm per jaar
Zomer → hoge verdamping → neerslag tekort
Zomer → vochtopname en verdamping door gewassen → daling van grondweerstand
Geologie: aard vh gesteente en moedermateriaal
Algemeen: wordt vooral besproken in hoofdstuk 4-7
Belangrijk voor: vorming van bepaalde landschapsvormen, moedermateriaal van de bodems
In Vlaanderen: zand, zandleem, leemstreek, polders
Sedimentkringloop !!!!
Grote kringloop
Tektoniek → breuken, verschuivingen en plastische vervormingen
→ troggen → sedimentatie
→tektoniek → gebergtevorming (∆T = miljoenen jaren)
Kleine kringloop
Verwering of erosie
♦ fysisch (T, wind, waterstromen)
♦ chemische (oplossen van gesteenten)
♦ biologisch (splijting van bv boomwortels))
→ transport (waterstroming, wind) naar land
+ naar zee
→ afzetting van verweringsmateriaal op het land
+ in zee
Geomorfologie – reliëf
Wat? Bespreking van
Landschapsvormen → heuvel, beekvallei, polder
processen die plaatsvinden aan het oppervlak → erosie, sedimentatie door wind en water
Rechtstreekse Invloed van reliëf op vegetatie
Via expositie van hellingen: op het zuiden gerichte hellingen warmen sneller op en zijn droger dan de op
het noorden gerichte hellingen
Bij sterk uitgesproken hoogteverschillen: verschillende ecosystemen met de hoogte door verschillen in
temperatuur → verschillen in fauna en flora
Water – hydrologie
Algemeen
Belangrijk voor: functioneren v/e ecosysteem
Zowel kwaliteit, kwantiteit vh water en zowel vh oppervlakte water als het grondwater
Watersysteem: door stroming samenhangend geheel van grond en oppervlakte water
Verplaatsen van polluenten (nuttig)
Verplaatsen van schadelijke stoffen uit de bodem en elders processen negatief bijsturen (slecht)
Grondwatersysteem: bepaald door klimatologische, geologische en geomorfologische factoren
Stijn Vandelanotte
-2-
Bodemkunde: theorie
Waterkringloop (niet kennen, enkel bepaalde termen)
Evaporatie: verdamping oiv zonne-energie
Transpiratie: verdamping van water uit plantenweefsel
Evapotranspiratie: combinatie van beide voorgaande processen
Condensatie: door afkoeling met warme lucht met de vorming van waterdruppels
→ vorming wolken → afkoeling → neerslag
Interceptie: water door vegetatie dek opgevangen (10-20% verdampt), rest naar bodem via kroondrup
Run-off: oppervlakktige afvloei van water langs hellingen (erosie)
Infiltratie: doordringen water in bodem (bodemwater, grondwater)
Percolatie: doorsijpelen water in bodem naar grondwatertafel
Waterhoeveelheid
Verloop van grondwaterstand: directe invloed op beschikbaarheid
van vocht voor de plant
Opname door + uit:
rechtstreeks op te nemen uit de verzadigde zone
capillair opstijgend water uit de onverzadigde zone
via porien van wortels (hangwater)
Watersamenstelling
Biotoop: ifv samensteling van grond of oppervlaktewater
Samenstelling: ifv processen in bodem en water
Bv: erosie, oplossing, reductie, ionenuitwisseling
Belangrijkste chemische veranderingen in samenstelling door:
Verwering van kalkhoudende sedimenten in watervoerende pakketten
♦ 1/ 2H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ H3O-+ +HCO3♦ 2/ CaCO3 + H3O+ ↔ Ca++ + HCO3-+H2O
Infiltrerend regenwater: lichtzuur + CO2 → koolzuur → aantasting vd mineralen → aanrijking grondwater
met basische kationen
Actualiteit:
verontreiniging van grond- en oppervlaktewater met nitraten en fosfaten door vroegere overbemesting
verontreiniging van waterbodems door zware metalen, pcb’s en pesticiden
Bodem
Algemeen
Bodemvorming is een eeuwenlange interactie tussen: klimaat, geologie, Geomorfologie, hydrologie,
vegetatie, tijd en mens. (= zelfde factoren als voor een biotoop)
Bodemvorming op korte duur is vooral de hydrologie de belangrijkste factor!
Waarom? Verwerving van mineralen, aan- en afvoer van stoffen, vorming van organische stoffen
De bodemeigenschappen hebben echter zelf ook invloed op de werking van water
Waarom? Bv absorptiecapaciteit, bufferend vermogen, vochtleverend vermogen
De verschillende types bodem worden later nog besproken
Staandplaatsbepalende factoren voor planten
Relatie tussen standplaats en leverancier voor organische stoffen
Standplaatsbepalende factoren:
Bodem temperatuur
Bodemvocht
Grondwaterstand
Voedselrijkdom
Zuurtegraad
Saliniteit
♦ Deze factoren bepalen de standplaats en het voorkomen van specifieke plantensoorten
Organisch materiaal
Afbraak organische stoffen door bodemfauna
♦ 1/ Mechanisch door macrofauna (mijten, wormen, pissebedden)
♦ 2/ Biochemische afbraak naar humus door schimmels en bacteriën
♦ 3/ Vermenging vd humus door bodemdiern
Bij afbraak:
♦ Vrijstelling van humuszuren en CO2 → pH ↓ → verwering
♦ Vrijstelling van voedingsstoffen (N,P, S) uit OM door mineralisatie
♦ Snelheid van afbraak is afhankelijk van de pH, aantal nutrienten en de intensiteit vh bodemleven
Stijn Vandelanotte
-3-
Bodemkunde: theorie
Abiotische factoren die de biologische activiteit stuurt → de basenbezetting
♦ Hoge basenbezetting → hoge pH → veel basen → hoge biologische activiteit → goede afbraak
⇒Mull
♦ Lage basenbeztting → lage pH → weinig basen → weinige biologische activiteit → trage afbraak
⇒Mör (strooisel accumulatie) en stagnatie in de nutrientenkringloop
Terrestrische humus vormen
♦ Mör: ruwe humus → trage afbraak en pH 3,5 – 4,5
♦ Moder: halfzachte humus → geleidelijke afbraak en pH 4- 5
♦ Mull: humus → snelle afbraak en pH ≈7
Semi-terrestrische humusvormen
♦ Langveen (zwartveen) → pH 3,5-4,5
♦ Overgangsveen
♦ Hoogveen (witveen, mosveen)
Oligotroof: pH 3,5-4,5
Mesotroof: pH 7-7,75
Belang van OM in bodem
♦ Invloed op bodemchemische eigenschappen
Neg. Veranderlijke lading
Vasthouden van voedingselementen
Uitwisselen van voedingselementen
Reserve van plantenvoedingsstoffen (vooral N,P)
Ophouden van zware metalen → zuiveren van bodemwater
♦ Invloed op bodemfysische eigenschappen
Ontstaan en in standhouden van de bodemstructuur
Plasticiteit: humus ↑ → plasticiteit ↓ → betere bewerkbaarheid
Verluchting vd bodem
Daling van erosie gevoeligheid
Verhoging vh waterbergend vermogen
Humus is hydrofyl → waterhoudend vermogen is 5-10x groter dan klei
Donkere kleur van humus → meer zonnestralings absorptie → sneller opwarmen
♦ Invloed op microbiële activiteit en ander bodemleven
Water / bodemwater
Direct of indirect een belangrijke rol bij allerlei bodemprocessen
Belang van bodemwater
♦ Beïnvloed: activiteit vd bodemorganismen, mineralisatie van OM, omzetting, oplossen en
transport van stoffen
Aanbod van bodemwater → Afh van bodemeigenschappen als absorptie- en bufferende capaciteit
Ionenverhouding → belangrijk voor bodemprocessen
Beschikbaarheid afhankelijk van:
♦ hoeveelheid die aanwezig is in de wortelzone vd plant
♦ hoeveelheid die capillair kan opstijgen
♦ grote van de bodemporien en organische stofgehalte
Voedselrijkdom
Bepaald door beschikbaarheid van N, P en K
Voorraad van nutrienten is bepaald door de aard en hoeveelheid organische stof, grondsoort,
bemestingsintensiteit en bodemvocht
Biogeochemische cyclus (kleine kringloop)
♦ Wat? Kringloop van chemische elementen via biologische organismen, het geologisch milie en
dankzij chemische veranderingen
♦ Hoe? Deze elementen circuleren doorheen de lucht, bodem, zee, rivieren en levende wezens langs
verschillende wezens, waarbij de water-sedimentenkringloop een voorname rol spelen.
♦ Hoofdkenmerk? De sterke verwevenheid vd biotische en abiotische component
♦ Elementen beschikbaar via:
Atmosfeer (gasvormige fase)
Lithosfeer (sedimentaire fase)
Na afbraak van OM kan er uit de humus voedingselementen gehaald worden via het
wortelgestel. Deze elementen kunnen vrijkomen ofwel in de atmosfeer ofwel in de
sedimentaire fase
Stijn Vandelanotte
-4-
Bodemkunde: theorie
N-Kringloop
♦ Zie figuur
♦ Atmosferische fixatie
N 2 + O2 → 2 NO
2 NO + O2 → 2 NO2
3 NO2 + H 2O → 2 H + + NO + 2 NO3−
♦
♦
♦
Industriele fixatie
N uit atmosfeer voor productie van
meststoffen. Dit wordt uitvoerig
besproken in het 3e jaar
Biologische fixatie
Aërobe stikstoffixatie: door bacteriën (Azotobacteriaceae) en algen.
Anaërobe stikstoffixatie: door bacteriën (Bacillus en Enterobacter)
Stikstof in de bodem: 2 hoofd gebeurtenissen nl input (+) en output (-)
Mineralisatie (+) → org N wordt omgezet tot anorganische plantopneembare verbindingen
a min isatie
ammonifica tie
nitrificat ie
Verloop: Org N 
→ a min ozuren 

→ NH 4+ 
→ NO3−
Ammonificatie: proces waarbij NH4+ uit eiwitachtige en andere org N bestanddelen wordt
vrijgesteld
Ammonificatie reactie: RNH2 + H2O → NH4+ + ROH + ATP
Wat gebeurt er met NH4+
• Opname door plant
• Adsorptie aan negatief geladen klei-humus
• Immobilisatie door mo’s
• Oxydatie tot NO2- en NO3• Bij hoge pH: NH3 vervluchtigging
Snelheid van omzetting afhankelijk van
• C/N , pH, zuurstof en temperatuur
Nitrificatie: biologische oxydatie van NH4+ naar NO3- door chemotrofe bacteriën
nitrosomos
2 NH 4+ + 3O2 
→ NO2− + 4 H + + 2 H 2O + ATP
−
−
Nitrificatie reactie: 2 NO2 + O2  → NO3 + ATP
nitrobacter
_____________________________________________
2 NH 4+ + 4O2 
→ 2 NO3− + 4 H + + 2 H 2O + ATP
Nitrificatie geremd door:
• Lage pH
• O2 gebrek
• Natuurlijke toxische stoffen
• Nitrificatieremmers
• Pesticiden
• Zware metalen
Nitrificatie heeft enkele negatieve gevolgen
• pH daling, bij overbemesting van ammoniumstikstof
• gevaar nitraataccumulatie bij planten
• gemakkelijk uitspoelen van gevormde nitraat → vervuiling van water
• gevormde nitraat kan denitrificeren
Biologische N2fixatie (+): fixatie vd stikstof uit de atmosfeer in een door de plant opneembare
vorm
Asymbiotische N binding (10-20 kg / ha)
• N2 → NH4+ (reductie vereist wel energie)
• Voorbeelden: Bacillus, Enterobacter
Symbiotische N binding (100-200 kg / ha)
• Voorbeelden: Rhizobium bij vlinderbloemigen
• Hoe? Vormen van wortelknobbeltjes van waaruit ze de stikstof ontbinden
Bemesting (+)
Atmosferische fixatie (+) dit gebeurt mbv bliksem → fixatie tot HNO3 → neerslag
Stikstofvastlegging of immobilisatie (+) dit is tijdelijke inbouw van minerale N-verbindingen
in weefsel van mo’s
Stijn Vandelanotte
-5-
Bodemkunde: theorie
Denitrificatie (-)
Bij voldoende beschikbaarheid van organisch materiaal
Bij hoge NO3- gehalten (bv dicht bij GWT)
Hoe hoger de pH → hoe hoger de denitrificatie tot N2
Ammoniakvervluchtiging (-)
Wat? Vervluchtiging van ammoniak in alkalische en kalkrijke gronden
NH3 vervluchtiging stijgt als :
• pH ↑ , temp ↑, CEC ↓, droogte, …
Nitraatuitspoeling
Wat? Afvoer van nitraat tot beneden de diepte waar nog gewasopneming plaatsvind
Wanner? Vooral tijdens winterperiode en eerder beperkt tijdens groeiseizoen
Gevolgen? Verontreiniging vh oppervlakte en grondwater
• ⇒ algengroei → zuurstofgebrek → beschadiging van fauna en flora
• ⇒ ongeschikt voor consumptie
Maatregelen?
• Verhogen efficiëntie vd stikstofopneming
• Geïntegreerde bemesting
• Toediening op het juiste moment
• Langzaamwerkende meststoffen
• Rij of plantgatbemesting
• Wortelingsdiepte bevorderen
• Gebruikt van nitrificatieremmers
• Oogstresten afvoeren
• Fractionering vd toe te dienen hoeveelheid N
P-kringloop
♦ Fosfor: zit ook in DNA, RNA en ATP
♦ Bronnen van P:
OM Anorganisch materiaal: fosforiet, fluoroapatiet en apatiet
Meststoffen
♦ In bodem
Organisch fosfaat
Anorganisch fosfaat → zeer lage gehalten in natuurlijke bodem
Oorzaak 1: fosfaten zijn niet goed oplosbaar
Oorzaak 2: reactie van P met Al en Fe in zure bodems of met Ca in basische bodems →
onoplosbare zouten
Oorzaak 3: fosfaat kan gebonden worden aan het pos. Geladen opp van Fe en Al-oxiden
Geadsorbeerd fosfaat
S-kringloop
♦ In S kringloop: zowel sedimentaire als gasvormige fase
♦ Belang? Vormt onmisbaar bestanddeel voor verscheidene aminozuren
♦ Grootste reserve aan S komt voor in de bodem
♦ S hoeveelheid in de atmosfeer wordt regelmatig aangevuld met SO2 van vulkaanuitbarstingen en
industriële emissies
♦ S verbindingen ovv sulfaten in bodem opgenomen door planten via wortelgestel van planten
→voedselopname naar planten- en diereneters
♦ In veen gebieden en slecht gedraineerde gronden met S (kattekleien) wordt H2S gevormd →
verbinding met Fe → vorming van Fe2S → drainage → vorming van zeer zure gronden
Zuurtegraad
♦ Bodem pH: heel belangrijke chemische parameter vd bodemoplossing
♦ Slechte groei van planten is vaak een rechtstreeks gevolg of onrechtstreeks verband met bodem pH
♦ Belang? Cruciale rol voor verschillende abiotische condities
Opname vd voedingsstoffen door de plant ↓ ↔ pH ↓
Binding van toxische stoffen aan het adsorptiecomplex
De activiteit van bodemorganismen ↓ ↔ pH ↓
Beschikbaarheid van fosfaat en nitraat
Hoge pH: fosfaat gebonden aan calcium (weinig oplosbaar)
Lage pH: fosfaat vormt zouten met Fe of Al (weinig oplosbaar)
Daling afbraak van OM en nitrificatie bij pH↓
Stijn Vandelanotte
-6-
Bodemkunde: theorie
♦
Daling in bodem pH voorkomen door
Aanwezigheid van calciumcarbonaat in bodem
Verwering van mineralen met vrijstelling van basische kationen
♦ pH bepaalt ook het soort vegetatie dat zich op een bepaalde plaats zal en kan ontwikkelen
♦ oorzaken vd buffercapaciteit
randstandige OH-groepen kleimineralen
functionele groepen van fulvo- en huminezuren in OM
uitwisselbaar Al+3++: bij bekalking → hydrolyse
♦ invloed van pH op bodembestanddelen
beschikbaarheid van nutrienten en van toxische elementen
bij lage pH: verwering van mineralen → vrijkomen van kationen K+, Mg2+
bij lage pH: oplosbaarheid zouten als carbonaten, fosfaten ↑
bij lage pH: Al meer oplosbaar, komt voor als Al3+.6H2O
biologische activiteit
bij lage pH: vooral activiteit van schimmels
bij hogere pH: vooral activiteit van bacteriën
bij hogere pH: ook meso- en macrofauna
bodemstructuur
pH↓ → bekalken → structuurverbetering
• effecten van bekalken
♦ stimuleren van mo’s → slijmstoffen → aaneenklitten bodemdeeltjes
♦ meer vegetatie → OM ↑ → structuur verbeterd
♦ CaCO3 slingers → aaneenrijgen van bodemdeeltjes
♦ Ca-bruggen tussen kleimineralen en humusmoleculen
♦ Veel Ca2+ → indrukken dubbellaag → betere structuur
♦ Oorzaken van bodemverzuring
Regenwater: CO2 uit de lucht → lost op in H2O → H2CO3 → pH tussen 4 en 6,5
Oxidatieve afbraak van OM in bodem → ontstaan van H+, NO3-, SO-42
Zuurwerkende minerale meststoffen
Di het geval als het BE (basenequivalent <5)
Voorbeeld: ureum → BE = -46 < 5
Oorzaak: nitrificatie van het NH4+
Verzuring is sterker in bodems met een lage CEC ⇔ weinig buffering
Zout
♦ Saliniteit: meest bepalende factor voor samenstelling van vegetatie. De belangrijkste werzame
ionen zijn Cl-, Na+ en Mg2+ → in zoute milieus alleen de aan zoute omstandigheden aangepaste
planten
♦ Saliniteit: door inwaaien van zout, overstroming met zeewater of aanvoer van zout of brak
kwelwater
Besluit: De groeiomstandigheden ter plaatse, en de soortensamenstelling →bepaald door de specifieke
combinatie en eigenschappen van de standplaatsfactoren. Een verandering van één van deze factoren gaat
vrijwel altijd samen met een verandering in de vegetatiesamenstelling.
Invloed van de mens (gewoon eens doorlezen en de begrippen kennen)
Hoe? Door industrie, verkeer en landbouw: mens heeft een sterk negatieve invloed op de natuurlijke evenwichten die voorkomen in de natuur
Welke invloeden?
Vermesting
Wat? Aanrijking van bodem, water en lucht met nutrienten (N,P, K) door menselijke activiteiten ⇒ verstoring vd ecologische
processen en natuurlijke kringlopen in bodem, water en lucht
Oorzaak? Atmosferische depositie, afspoeling, drainage, processen in bodem (N)
Veroorzakers? (in vlaanderen)
Landbouw :
N:
43%
PO4:
56%
Huishoudens:
2%
22%
Industrie
21
16
Verkeer
35
6
Gevolgen? Algengroei, soortenverschuivingen
Effecten ?
Heiden, schraalgrasgebieden en sommige bostypes zijn zeer gevoelig voor N-vermesting via depositie of via grond en/of
oppervlakte water
Vermesting leidt tot verdwijnen van voedselarme situaties → verschuiving vd vegetatie en biodiversiteit ↓
♦ Vergrassing van droge heide door bochtige smele
♦ Vergrassing van natte heide door Pijpestrootje
♦ Toename stikstofminnende planten in bossen (brandnetels)
♦ Eutrofiering vh oppervlaktewater → verarming van waterflora en fauna
♦ Aantasten vd vitaliteit van bossen
Stijn Vandelanotte
-7-
Bodemkunde: theorie
Op landbouwgronden: onevenwichtige aanvoer van nutrienten heeft nadelige gevolgen voor de kwaliteit van gewassen, bestemd voor
menselijke of dierlijke consumptie
Hoog gehalte aan nitraat-N → bedreiging voor de drinkwatervoorziening
Verzuring
Oorzaak? Atmosferische depositie van S- en N-houdende verbindingen ↔ uitstoot vd gassen SO2, NOx en NH3
SO2, NOx ⇒ vooral verzuring continentaal probleem
NH3 ⇒ vooral locale effecten
Veroorzakers?
Landbouw en veeteelt, Verkeer, Industrie, Raffinaderijen, Elektriciteitproductie, gebouwen
Gevolgen?
Verstoring vd samenstelling vd atmosfeer, oppervlakte en bodemwater
Aantasting van diverse ecosysteem
Versnelde verwering van gebouwen
Corrosie van materialen
Gevoelige ecosystemen? Zoetwatermeren, kustgebieden, venen, bos en heide
Gevolgen voor flora bij sterke verzuring?
Toename plantensoorten bestand tegen hoge Al conc en die N onder ammoniakale vorm kunnen opnemen
Vele epitfytische korstmossen erg gevoelig voor verzuring vd schors waarop ze groeien
Voor verzuring van bossen en heiden waar een pH daling van 0,6 in 35 jaar heeft opgetreden
Gevolgen voor de fauna bij sterke verzuring?
Verarming vd bodemfauna
Vooral diepgravende regenwormen (aanwezigheid zeer belangrijk voor de bodemkwaliteit) zijn heel gevoelig voor verzuring
Hoe tegengaan van verzuring? → bekalking, gevolgen:
Op zware kleibodems: bodemstructuur ↑
pH en basenverzadiging ↑
Al, Mn en Fe concentraties in de bodemoplossing ↓
OPM: te hoge bekalking
P, K tekorten
Mineralisatiesnelheid ↑ ⇒ nitraatuitspoeling ↑
Verdroging
Wat? Een door de mens veroorzaakte vermindering vd waterinhoud vd watervoerende lagen of de bodem
Oorzaak? Grondwaterwinning en intensivering vh watergebruik door landbouw, industrie en huishoudens
Gevolgen?
Daling van stijghoogten en grondwaterstanden
Gevolg: verminderd vochtgehalte
♦ Verminderde vochttoevoer naar planten
♦ Toename beluchting en temperatuur → redoxpotentiaal ↑, mineralisatiesnelheid van humus↑ en meer nutrienten als
N en P beschikbaar voor vegetatie → bepaalde plantensoorten profiteren van deze verandering en verdringen de
oorspronkelijke vegetatie
Vermindering van kwelintensiteit in kwelzones
Wijziging vd chemische samenstelling in grondwater
Gevolgen voor de vegetatie?
Vochttoevoer vanuit ondiep grondwater en bodemwater en toevoer van opgeloste voedingsstoffen
Vocht in wortelzone is noodzakelijk voor de beschikbaarheid van voedingsstoffen ( ⇔ groei ↓)
Maatregelen tegen verdroging
Verminderen vd wateronttrekkingen
Kunstmatige infiltratie met oppervlaktewater om onttrekking te compenseren (vooral in duingebieden)
Diepinfiltratie: compensatie v onttrekking door oppervlaktewater die in de watervoerende lagen te pompen
Verhoging infiltratie in de verstedelijkte gebieden
Verminderen vd ETP bv door naaldboombossen te vervangen door loofboombossen (lagere ETP)
Verontreiniging door bestrijdingsmiddelen
Wat? Chemische of natuurlijke stoffen, die bepaalde plantaardige en dierlijke organismen aantasten, om een gewenste kwaliteit en
kwantiteit van planten, dieren en goederen te waarboren en om deze laatste tegen bedreigende organismen te beschermen
Tegen welke? Onkruiden, insecten, schimmels
Afbreekbaarheid?
1e generatie: gechloreerde pesticiden (bv DDT) → nadelige gevolgen voor mens en milieu
Volgende generaties: fosforesters makkelijker afbreekbaar → minder schadelijk
Gevolgen voor ecosysteem
Verdwijnen van natuurlijke vijanden en parasieten van plagen vereist een hoger gebruik … door resistentie
Nadelige invloed van bestrijdingsmiddelen op bijen en hun pollinatiegedrag voor sommige teelten een belangrijk opbrengst
verlies
Accidentale vissterfte
Wil- en vogelsterfte via acute vergiftiging en secudair via gecontamineerde prooien
Verontreiniging door zware metalen
Vb: As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Ni en Zn, Pt en Rh
Hoe verspreid in het millieu ? vooral via lozing in de lucht, het oppervlakte water en direct contact met bodem
Opname door mens?
Door inademing of door opname van water of voedsel
Sommige elementen (Cr, Cu, Mn) zijn essentieel voor mens en andere levende organismen in kleine concentraties, maar toxisch
bij hogere concentraties
Opm: bepaalde vroegere mijnsites en oude industrieterreinen vd metaalverwerkende nijverheid vormen nu eigen biotopen met een
aangepaste vegetatie van metallofyten (bv zinkviooltje)
Metallofyten worden ook gebruikt bij bodemsanering voor wegnemen van bepaalde zware metalen. De geoogste planten worden
dan verbrand en met een gepaste filtering gezuiverd zodat geen luchtverontreiniging kan optreden
Stijn Vandelanotte
-8-
Bodemkunde: theorie
Spreiding terrestrische ecosystemen
Macro-ecosystemen (niet kennen)
Meso-ecosystemen (enkel begrippen)
BWK: biologische waarderingskaart
Heiden en vennen
Zeer zeldzame biotopen in vlaanderen, vooral in de kempen
Totale oppervlakte heiden en vennen 11.700ha
Veel militaire domeinen en in enkele natuurreservaten
Beperkt aantal planten en gewervelden
Soortenrijkdom aan ongewervelden is bijzonder groot
Natte heiden met hoog veenelementen en hoogvenen komen nog nauwelijks voor door verbossing / bosaanplant
Zeer gevoelig voor vermesting, verzuring, verdroging en versnippering
De atmosferische N-depositie ligt nog steeds ver boven de kritische last voor heiden en vennen
Podzolen → de bodems zijn heel arm en zanderig
Moerassen, met inbegrip van slikken en schorren
Zeer heterogene groep biotopen: overganszone tussen open water en land
Vnl rietland, natte ruigten en elzenbos
Areaal is sterk versnipperd
Slikken, schorren en brakke plassen komen voor
Moerastype bepaald door: waterpeil, waterbeweging, bodemtype, oorsprong en verblijftijd vh grondwater
Zeer gevoelig voor verzuring, vermesting, verdroging,
Historische permanente graslanden
Halfnatuurlijke graslanden: kalkgraslanden en kalkrijke duingraslanden
Blauwgraslanden: herbergen 60% vd bedreigde plantensoorten
Mesofiele hooilanden en licht bemeste graslanden: in valleien van rivieren en beken
Grasland met verspreide biologische waarde: weilandcomplexen met veel sloten en/of microreliëf
Instandhouding van aan graslanden gebonden biodiversiteit: door ecologisch beheer van bermen en dijken
Struwelen
Begroeiing van vnl struiken van 2 tot 5m hoog
Meestal overgang: spontaan grotere boomsoorten die boven struweel uitgroeien en leiden naar bos
Vb: doornstruwelen
Bossen
Mesofiele bossen: alle loofbostypes op relatief droge bodem (niet in duinen en polders)
Dennebossen: vooral in de zandstreek (kempen)
Atmosferische deposities tasten de gezondheidstoestand van bosen aan (vermesting en verzuring)
Landbouw en cultuurmilieu’s
Deze zijn absoluut niet als biotoop te definieren
Van dit hoofdstuk is het vooral belangrijk om de begrippen wat te kunnen omschrijven
Hoofdstuk 3: Klimaat
Niet kennen
Stijn Vandelanotte
-9-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 4: Structuur van de aarde
Inwendige bouw
Korst
D = 2,7 g/cm³
0,8 %vol
Sferoide → r aan de polen 6357km, r aan de evenaar 6378km
Concentrische verschillen:
Kern: vooral Ni, Fe en in mindere mate Si, C, S
Binnenste deel: vast, 4000-5000°C, p = 3.000.000 bar, d = 12g/cm³
Buitenste deel: vloeibaar, d = 8g/cm³
Fe bepaalt het aardmagnetisme
Mantel: vooral O, Si, Mg, Fe
Opbouw: buitenste, middenste en onderste deel
De korst: vooral O, Si, Mg, Fe
Gemiddeld 33km dik (6km onder oceanen en 60km onder gebergtes)
Stijn Vandelanotte
-10-
Mantel
83 vol%
Kern
D = 12 g/cm³
16,2 vol %
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 5: Mineralen van de aardkorst
Kristallen
Buitenste laag vd aarde → gesteenten
Gesteenten → verzameling van homogene bestanddelen → zgn mineralen
Verschillende chemische samenstelling en fysische kenmerken (kleur, hardheid, glans)
Kristallijne bouw: regelmatige rangschikking van atomen → periodieke 3D schikking van atomen, ionen
en complexe groepen → specifieke atoomroosterbouw
Amorfe bouw: (niet kristallijn) bv glas
Identificatie van mineralen mbv Röntgen-of X-stralen
Kristalchemie
In ruimterooster: roosterpunten zijn ingenomen door
Atomen (bv C-atomen in diamant) = atoomrooster
Ionen: roosterpunten afwisselen + en – ionen bv NaCl
Moleculen: bv H2O (ijs) (hexagonale structuur)
Kristallen bouw: regelmatige herhaling van ionen, atomen, complexe groepen die door minder of meer sterke
krachten worden samengehouden
Ionenbindingen
Covalente bindingen
Metaalbindingen
Van Der Waals krachten
Coordinatie getal: hoeveel anionen een kation kunnen omringen
Ionen en atomen: bollen met een bepaalde ionenstral
Meeste mineralen zijn ionverbindingen
elektrisch neutraal
Afhankelijk vd verhouding tussen ionenstralen: bepaal kation
omgeven door 3,4, 6, 8 of 12 anionen → typische bolgroeperingen
Bij silikaten en oxiden: Slechts 1 anion soort in de bolgroepering →O2Bolgroepering is afhankelijk van:
Groote van beide soorten ionen → aantal anionen (X) dat een gegeven kation (A) kan omringen is
afhankelijk vd relatieve grootte vd beide ionen
Verhouding ionenradii RA/RX →bepalend voor coördinatie
getal
Algemene regel:
Alle omringende bollen (anionen) raken de centrale bol
Omringende bollen (anionen) moeten elkaar niet raken
OPM:
RA/RX = 1 ⇒ max. 12 anionen om het centrale kation
RA/RX < 1 ⇒ minder dan 12 anionen om het centrale kation
0,732 < RA/RX < 1 ⇒ CG = 8
0,414 < RA/RX < 0,732 ⇒ CG = 6
0,23 < RA/RX < 0,414 ⇒ CG = 4
0,15 < RA/RX < 0,23 ⇒ CG = 3
RA/RX < 0,15 ⇒ CG = 2
Mineraal = aaneenschakeling van polyeders
Isomorf: in de roosterbouw wordt een bepaald element geheel of
gedeeltelijk door ander met gelijkaardige ionenstraal, maar soms met een andere valentie vervangen. De structuur vh
mineraal blijft dus dezelfde
Bv: Olivijn → Mg2Si04, Fe2Si04, (Fe,Mg)2Si04,
Soms heel complexe structuur formule : vb amfibool
Polymorf: dezelfde stof die verschillende vormen (kan) aanneemt → dezelfde elementen zijn gerangschikt in
dezelfde verhoudingen maar op een andere manier ⇒ andere fysio-chemische eigenschappen
Bv: diamant en grafiet
Bv: pyriet en markasiet
Stijn Vandelanotte
-11-
Bodemkunde: theorie
Eigenschappen van mineralen
Determinatie van mineralen: kenmerken
Optische kenmerken → microscopisch onderzoek
Splijtbaarheid → bladsplijters, breukvlakken
Soortelijk gewicht
Bleke mineralen: 2,65 – 2,76g/cm³
Donkere mineralen : >3g/cm3
Metallische mineralen: >5g/cm
Habitus, kristalvorm (platig, naaldvormig, prismatisch)
Kleur mineraal en kleur streep
Glans (metaalglans, diamantglans, matglans, vetglans)
Fluoriceren (UV), fosforesceren (UV uit), luminisceren (licht bij warmte), piezoelectrisch (druk), magn
Overzicht van de voornaamste mineralen
Classificatie obv scheikundige samenstelling, rekening houdend met de structuur vd mineralen
Elementen:
bestaan uit 1 element
zeldzaam en belangrijk uit economisch standpunt (Au, Ag, Pt, diamant, grafiet)
Sulfide, arseniden, …:
Bevat anion S, As, Bi, Sb, Se of Te
Belang bij extractie van metalen (bv sfaleriet (ZnS), Galeniet (PbS), Pyriet
(FeS2) = meest voorkomende
(hydr)oxiden:
anion is O of OH
belang bij extractie van metalen (bv Magnetiet (Fe3O4), hematite (Fe2O3)
limotiet: gebruikte term bij roestbruine korsten die een mengsel zijn van Feoxiden
Halogeniden:
anion is F, Cl, Br of I
omvat zouten als haliet (NaCl)
Carbonaten:
anioncomplex is (CO3)2-, (NO3)-, (BO3)3- → vorm is een planaire driehoek
calcite CaCO3
siderite FeCO3
Sulfaten, chromaten, molybdaten, wolframaten:
anioncomplex is (SO4)2-, (CrO4)2-, (MoO4)2-, (WO4)2vormen tetraëder met lading 2
belang: industriele mineralen
bariet (BaSO4)
gips (CaSO4.2H2O)
anhydriiet (CaSO4) = plaaster
Fosfaten, arsenaten, vanadaten:
Anioncomplex (PO4)3-, (AsO4)3-, (VO4)3Vormen tetraëder met lading 3
Belangrijkste van deze soort is apatiet: Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)
Dit is de basis voor de fosfaatkunstmeststoffen
Silikaten: basis is SiO4-tetraëders en zijn de meestvoorkomende mineralen
Stijn Vandelanotte
-12-
Bodemkunde: theorie
Silikaten
Hij zal een formule geven en dan moet je zeggen welk type het is!
Algemeen
Soms wordt Si4+-ion door een Al3+-ion vervangen ⇒ negatieve valentie komt vrij, wat door een ander kation
wordt gecompenseerd zonder dat de structuur essentieel verandert. Tussen gestapelde tetraëders: ruimte waarin
hydroxyl (OH-) ionen plaatsvinden: De negatieve ladingen van OH- moet eveneens door een positieve lading
gecompenseerd worden.
De SiO4-tetraëders, met een lading 4-, worden met elkaar verbonden door kationen (vnl Al, Fe, Ca, Mg,…)
waardoor de negatieve ladingen geneutraliseerd worden
De bouw vd aardkorst wordt bepaald door het polymerisatie vermogen om SiO4-tetraëders waarvan de
hoekpunten met elkaar verbonden kunnen worden. De manier waarop de SiO4-tetraëders tov elkaar in de ruimte
zijn gerangschikt, bepaalt de eigenschap en structuur vd verschillende silikaten en vormt de basis vd
classificatie van deze mineralen
Op grond vd aaneenschakeling vd tetraëders maakt men dus een onderscheid tussen de verschillende groepen:
Eiland-, zuster-, ring-, enkele keten-, dubbele keten-, blad-, netwerk- of daksilikaten
De eiland silicaten (ortho- of nesosilikaten):
wanneer geen enkele tetraëder een O-ion deelt (SiO4) ⇒ tetraëders geheel geisoleerd van elkaar
tetraëders veelal gebonden met elkaar verbonden door metaalionen ⇒ zware mineralen, hoge ρ
voorbeelden:
olivijn → (Mg,Fe)2SiO4: in basische en ultrabasische gesteenten
granaat →[A2+3B3+3(SiO4)3] met A = Ca, Mg, Fe2+ of Mn en B = Al, Fe3+ of Cr3+
zirkoon: ZrSiO4 ubiquist in bodem
Zustersilikaten (sorosilikaten)
Wanneer de tetraëders paarsgewijs gegroepeerd zijn d.w.z. 2 tetraëders delen telkens één O-ion (Si2O7)
Ringsilikaten (cyclosilikaten)
Wanneer 3 , 4 of 6 tetraëders een ring vormen ⇒ elke tetraëder telkens aan 2 andere verbonden is (Si6O18)
Voorbeelden
Beryl, epidoot
Enkel ketensilikaten
Wanneer meerdere tetraëders aaneengeschakeld zijn, waarbij elke tetraëder twee Oionen deelt met 2 andere tetraëders
Verhouding Si (en Al) : O = 1:3 ⇔ dezelfde verhouding als in Ringsilikaten
Basisstructuur van deze snoeren wordt weergegeven door de formule: Si2O6
Snoeren worden aan elkaar verbonden door Ca, Na, Fe, Mg en Al
Pyroxenen (mineralengroep) → diopsiet [CaMg(Si2O6)], augiet, hypersteen
Dubbele ketensilikaten
Snoeren die ontstaan uit koppeling van 2 naast elkaar liggende ketens.
Tetraëders worden afwisselend aan 2 of 3 andere gebonden
Verhouding Si (en Al) : O = 4 : 11
Basisstructuur van deze snoeren wrodt weergegeven door de formule: Si8O22
de amfibolen zijn basisgroep
Bij de meeste amfibolen bevind zich in de ringvormige holten in het midden vd linten een OHanionencomplex (soms ook afzonderlijke O- of F-anionen, die ongeveer dezelfde ionenstraal
hebben als het OH-complex). Pyroxenen zijn ‘watervrij’
De basisstructuurformule wordt dan Si8O22/OH
De linten van tetraëders worden bij elkaar gehouden door kationen, vnl Fe, Mg, Al, Ca en Na
Bladsilikaten (fyllosilikaten)
Glimmers → gesteentevormende mineralen van stollings- en metamorfe gesteenten
Kleimineralen → mineralen van sedimenten en bodems
Vorming van bladsilikaten: tetraëders vormen een laag waarin iedere tetraëder 3 O-ionen deelt met een andere
tetraëder, terwijl het 4e hoekpunt bij alle tetraëders dezelfde kant opwijst
Al kan een deel vh Si vervangen worden. OHgroepen liggen tussen de vrije toppen vd tetraëders en vormen
soms afzonderlijke tussenlagen. Aldus ontstaan tussen de tetraëders oktaederholten waarin de kationen
liggen.
Verhouding Si:O = 2:5
Stijn Vandelanotte
-13-
Bodemkunde: theorie
In het kristalrooster vd bladsilikaten: 2 verschillende structuurelementen
Laag van SiO4-tetraëders: de tetraëderlaag T
3 vd 4 O-ionen zijn gemeenschappelijk aan 2 tetraëders en enkel de apicale O-ionen bezitten een
negatieve lading
De tetraëders zijn aan elkaar gekoppeld in 2 dimensies en vormen al dus bladen of lagen, gerangschikt
volgens een hexagonaal patroon met de 3 basale O-ionen in hetzelfde vlak en de apicale O-ionen in een
tweede vlak
Elke 2 Si-ionen delen samen 5 O-ionen, d.w.z. er zijn 8+ en 10- ladingen zoadat als
eenheidssamenstelling van deze tetraëderlaag -2 is, afkomstig vd niet-gemeenschappelijke apicale Oionen in overmaat → deze wordt geneutraliseerd door de verbinding met de Al of Mg oktaeders
Laag van Al(Mg)-tetraëders: de oktaederlaag O
Elk ion wordt omgeven door 6 dicht bij elkaar gestapeld OH-ionen in oktaederverband. De OHionen op de hoekpunten vd oktaeder, Al3+ in het centrum
Ruimtelijk zijn deze ionen als volgt geranschikt: Er zijn 2 vlakken van OH-ionen met daartussen
een 3e vlak van Al3+ ionen
Di-okktaedrische structuur: 1 Al3+ ion omringd door 6OH-ionen → elke oktaeder heeft 3- ladingen
op overschot
♦ Neutraliteit wordt nu verzorgd door elke OH-groep deel te laten
uitmaken van 2 oktaeders → laag van oktaeders met als algemene
eenheidsformule (Al2(OH)6) : (Al(OH)3) oktaeders die met elkaar
verbonden worden via 2 OH-ionen die behoren tot 2 Al3+-ionen
♦ Besluit: om alle ladingen in de oktaederlaag te neutraliseren worden
slechts 2 (di) op 3 plaatsen in het Al3+ vlak bezet met Al3+ ionen
Tri-oktaedrische strucuut: 1 Mg2+-ion wordt omringd door 6-OH ionen → elke tetraëder heeft 4ladingen op overschot
♦ Neutraliteit wordt nu verzorgd door elke OH-ion deel te laten uitmaken van 3
oktaeders → laag van oktaeders met als algemene eenheidsformule (Mg3(OH)6)
: (Mg(OH)2) oktaeders die met elkaar verbonden worden via 2 OH-ionen die
behoren tot 2 Mg2+ ionen
♦ Besluit: om alle ladingen in de oktaeder te neutraliseren worden 3 (tri) op 3 plaatsen in het Mg2+
vlak bezet met Mg2+-ionen
OPM: Beide lagen zijn aan elkaar gebonden om de elektrische neutraliteit te verzorgen. In zowel de
tetraëderlaag als de oktaederlaag kan iosmorfe substitutie optreden
Het kristalrooster van bladsiliikaten bestaat uit een combinatie van Si-tetraederlagen met Al- of Mg
oktaederlagen → 2 OH-hoekpunten van de oktaederlaag worden in genomen door 2 apicale O-ionen vd
tetraëderlaag → neutralisatie vd 2- ladingen vd (Si2O5)2-: eenheid ⇒ neutrale structuur
1:1 bladsilikaten
Regelmatige herhaling van 1 tetraedrische (Si2O5)2- en 1 oktaedrische (Al2(OH)6) of (Mg3(OH)6)
Voorbeelden: (geen isomorfe substitutie)
Kaoliniet (di-oktraedrisch) → (Al2(Si2O5)OH4) of (Al4(Si4O10)(OH)8)
♦ Moleculaire verhouding: Si2O7/AlO2 = 2
♦ Basale afstand: 0,72nm
♦ H-ionen van OH-groepen vormen H-bruggen tussen 2 lamellen in, die elektrisch neutraal zijn ⇒
de aantrekking, voorkomt indringen vd meeste substanties
♦ Samenstelling van kaoliniet is heel constant
♦ Geen isomorfe substitutie in T en O
♦ Zeeer geringe lading aanwezig op de randen → gevolg van verbroken bindingen (randlading)
♦ Randlading is afhankelijk vd pH: pH ↑ → dissociatie ↑ vd randstandige OH-groepen → meer
negatieve ladingen
♦ Meest voorkomende kleimineraal in tropische bodems
♦ Zeer stabiel en moeilijk verweerbaar
Serpentien (tri-oktraedrisch) → (Mg3(Si2O5)(OH)4) of (Mg6(Si4O10)(OH)8)
♦ Heel verweerbaar
Halloysiet (di-oktraedrisch) → (Al4(Si4O10)(OH)8).2H2O
♦ Gehydrateer kaoliniet
♦ Samenstelling dezelfde als kaoliniet , maar voor elke eenheidscel zijn 4 H2Omolecules aanwezig
tussen de lagen
♦ Geen stabiele H-bruggen tussen de OH-O
♦ Resulteert in een basale afstand van ± 1,025nm
Stijn Vandelanotte
-14-
Bodemkunde: theorie
2:1 bladsilikaten
Typische bladerige structuur
Elk bouwelement opgeouwd uit 2Si-tetraëders met de apicale O-ionen naar elkaar toe, aan elkaar geklit
doof ofwel 2-waardige (tri-oktaedrisch) ofwel 3waardige (di-oktraedrisch) kationen in oktaederverband
tussen de O- en OH- ionen
2 (OH)- hoekpunten zowel aan de bovenkant als aan de onderkant vd oktaederlaag worden opgenomen
door 2 O-ionen vd topppunten vd tetraëderlaag
2 types: al dan niet isomorfe substitutie in tetraëder en/of oktaederlagen → negatieve lading (roosterlading
of substitutie lading) (zowel di- als tri-oktaedrisch)
Bladsilikaten zonder isomorfe substitutie
♦ Talk (Mg6(Si8O20)(OH)4) (tri-ok)
♦ Pyrophyliet (Al4(Si10O20)(OH)4)
♦ Komen vooral voor in metamorfe gesteenten en zijn heel zelden in bodems
Bladsilikaten met isomorfe substitutie
♦ Met stabiele basale afstand → Neutraliserende kationen tussen de lagen zijn niet uitwisselbaar
Echte glimmers
¼ vd Si4+ ionen in T vervangen door Al3+ → resulterende – lading wordt gecompenseerd
door interlamellaire K-ionen (ionenbinding). K-O verbindingen zijn heel stabiel, kitten
lamellen aan elkaar ⇒ stabiele basale afstand van 1 – 1,02 nm
Voorbeelden
• Biotiet K2(Mg,Fe)6(Si6Al2O20)(OH)4
→
(tri ok) (zwarte glimmer)
• Muscoviet K2Al4(Si6Al2O20)(OH)4
→
(di ok) (witte glimmer)
De echte glimmers zijn primaire mineralen afkomstig van magmatische en metamorfe
gesteenten, dus geen echte kleimineralen, maar door transformatie evolueren ze tot echte
Gedeeltelijk gehydrateerde glimmers
Illiet
• Vaak beschouwd als fysisch verweringsproduct van muscoviet. Er zijn echter
duidelijke verschillen tussen beide mineralen
♦ Substitutie van Si4+ door Al3+ is lager en variabel → lagere K hoeveelheid en
lagere lading
♦ Variatie in chemische samenstelling is groter, door substituie van Al3+ door
Mg2+ of Fe2+, en van K+ door Na+ of Ca2+
♦ Hoeveelheid H2O is groter
• Eerder mineraal gevormd door chemische verwering vanmica of gevormd door
synthese in waterig milieu dat niet alleen K+ bevat maar ook Mg2+, Na+, Ca2+ en Fe
• Vereenvoudigde voorstelling: KAl4(AlSi7)O20(OH)4.nH2O (di-oktraedrisch)
Glauconiet
• Ontstaan in waterig milieu bij de kust (reducerend milieu) → enkel in zeedesimenten
• Komt meestal voor ovv groene, ronde korrel in de III zanden en kleien
♦ Zowel voorkomen in zand als kleifractie
• Kan mechanische van zand naar klei omgezet worden, zonder van chemische
samenstelling te veranderen
• I.S. in zowel T als O
• 15-30% Fe, K2O gehalte 6 – 9%
• Tvm Fe-houdende variëteit van illiet
• Overmaat aan negatieve lading niet volledig geneutraliseer door onuitwisselbaar K,
ook door uitwisselbaar gehydrateerde kationen.
♦ Met variabele basale afstand → neutraliserende kationen tussen de lagen zijn wel uitwisselbaar
Vermiculieten (V) en smectieten (S) ontstaan doorgaans door verwering van mica’s (M) of
chloriet (C), soms ook neogeen
Di-oktaedrische V en S kan gevormd worden door verwering van bv muscoviet
Tri-oktaedrische V en S kan gevormd worden door verwering van bv biotiet of chloriet
• Geleidelijk met de vorming van gemengde lagen als M-V, C-S
Basis verschil tussen V en S
Hoge lading: vermiculiet
Lagere lading: smectiet
Gevolgen
Mineralen met hoge lading hebben een sterkere cohesie in V → geen penetratie van
polaire stoffen tussen de lagen
De opname van H2O tussen de lagen (zwelling) is meer uitgesproken in is dan in V
Stijn Vandelanotte
-15-
Bodemkunde: theorie
Vermiculiet
Groter lading dan S → niet zwellen van een geglyconeerd Mg2+ verzadigde V (basale
afstand blijf op 1,4-1,5 nm). Wanneer verzadigd met K+, bedraagt de basale afstand ±1,0
Di-oktaedrische V: gevormd door verwering van di-oktraedrische M (muscoviet) → K+
weg tussen de lagen en vervangen door gehydrateerde kationen uit de bodemoplossing
(Na+, Ca2+) ⇔ kationen uitwisselbaar ⇒ basale afstand is afh. van het type kation
• Vermiculiet kan een I.S hebben in T en O
• Theoretische formule van di-oktaedrische vermiculiet
♦ (Si8-xAlx)IV(Al4)VIO20(OH)4.KyR+1x-ynH20
Tri-oktaedrische V: gevormd uit tri-oktaedrische M of C
• Verwijderen van K+ uit bv biotiet en vervanging door gehydrateerde kationen
• Verwijderen van de hydroxide laag ((Mg(OH)2) uit C en vervanging door gehydr.
Kationen
• Theoretische formule van trii-oktaedrische vermiculiet
♦ (Si6Al2)IV(Mg6)VIO20(OH)4.KxR+22-xnH20
Smectiet
Lagere lading dan V → wel zwellen bij een glycol verzadiging (basale afstand 1,71,8nm). Bij een verzadiging met Mg2+ is de basale afstand 1,4-1,5 nm en net zoals bij V
slaat S toe bij een K+ verzadiging naar 1,0 nm
Zoals V zijn S ook verweringsproducten van M en C
IS in T en of O
Voorbeelden
♦ Montmorillloniet: di-ok, ladingstekort in O, (Si8)IV(Al4-x, Mgx)VIO20(OH)4R+2x/2nH20
♦ Beideliet: di-ok, ladingstekort in T, (Si8-x Alx)IV(Al4)VIO20(OH)4R+2x/2nH20
♦ Hectoriet: tri-ok, ladingstekort in O, (Si8)IV(Mg6-x, Li+x)VIO20(OH)4R+2x/2nH20
Negatieve lading wordt geneutraliseerd door interlamellaire gehydrteerde kationen X.nH2O, die
uitwisselbaar zijn. Dit kunnen ook verontreinigde stoffen zijn en kunnen dus geabsorbeerd worden
aan deze kleimineralen
2:1:1 bladsilikaten: Chloriet
Opgebouwd uit 4 lagen
3 lagen: vormen een 2:1 laag, IS kan zowel in T als O
4e laag : interlamellaire OH-laag, gevormd door bruciet (Mg3(OH)6)
♦ De natuurlijke C’s (gesteentevormend) zijn tri-oktaedrische chlorieten
Verwering van di-oktaedrische M (muscoviet), illiet, V of S resulteert in interlamellaire K-ionen of
gehydrateerde ionen die vervangen worden door een gibbsietlaag (Al2(OH)6) → vorming di-ok C
Bij de natuurlijke tri-oktaedrische C kunnen ook de brucietlaag worden vervangen door een gibbsietlaag
met de vorming van een di-oktaedrische C
Binding is mogelijk tussen de T en de brucietlaag door substituties
Door substituie van Mg2+ door Al3+ is de brucietlaag positief geladen
Door vervanging van Si4+ door Al3+ is de tetraëder negatief geladen
♦ Het geheel is dus elektrisch neutraal
Theoretische formule van chloriet
♦ (Si8-xAlx)IV(Mg Fe2+)6VIO20(OH)4.Mg6-xAlx(OH)12
Belangrijkste kenmerken vd kleimineralen
Eigenschappen
Één volkomen splijtrichting en een geringe hardheid (2) ⇒ primaire bladsilikaten (muscoviet, biotiet)
gaan gemakkelijk over tot eche kleimineralen: tri-oktaedrische bladsilikaten verweren sneller dan di-ok
Wateropname: fijne korrelgrote → veel gebroken verbindingen aan de randen → adsorptie van polaire
moleculen als H2O aan oppervlak vd kleipartikels.
♦ Smectieten nemen water op tussen de lagen (zwelling)
Plasticiteit: een klei-water systeem kan plastisch vervormd worden → vervorming is blijvend na
verdwijnen vd vervormingskracht
♦ Uitgedrukt in %H2O nodig om vervorming tot stant te brengen
Smectieten hebben meer H2O nodig om plastisch te zijn dan bv illiet en kaoliniet
Smectieten hebben minder kracht nodig om de vervorming tot stand te brengen dan illiet en
kaoliniet
Stijn Vandelanotte
-16-
Bodemkunde: theorie
CEC waarde: kationenuitwisselingscapaciteit
Kleimineralen (kaoliniet, S, illiet) meestal < 2µm → groot uitwendig oppervlak, soms door hun groot
inwendig oppervlak (S) → negatieve lading (deze hebben 2 mogelijke oorzaken!)
♦ pH afhankelijke randlading: door broken bonds en dissociatie van randstandigige OH groepen
komt voor bij alle typen van kleimineralen
♦ pH onafhankelijke randlading (permanente lading): door IS, alleen bij 2:1 … vooral S en V
♦ tgv deze negatieve ladingen vertonen kleimineralen de eigenschap kationen te adsorberen in een
uitwisselbare vorm
CEC = totale hoeveelheid kationen die een klei kan adsorberen bij een bepaalde pH. De CEC-waarde
vd klei wordt uitgedrukt in meq/100g klei of cmol(+)/kg klei
♦ Het is belangrijk dit kenmerk van kleimineralen te onderkennen bij de aanleg van stortplaatsen en
daarmee samenhangend de pollutie van grondwaterlagen
CEC: belangrijk voor de bodemvruchtbaarheid → adsorberen en uitwisselen voedingselementen →
opname door planten en bescherming tegen uitspoeling wanneer N>ETP
AEC : anionenuitwisselingscapaciteit
Is een gevolg van de pH afhankelijk randlading en niet van de IS
Bij 2:1 kleimineralen met permanente lading is dit van weinig belang
Bij 1:1 kleimineralen (bv kaoliniet), geen IS → AEC bij lage pH belangrijk. Als pH↑ → aantal
geadsorbeerde protonen ↓ → vermogen om anionen te adsorberen ↓
Ladingsnulpunt of ZPC of pH°
De pH waarde waarbij het oppervlak elektrisch neutral is. Beneden pH° fungeren de oppervlakten als
anionenuitwisselaar en boven pH° als kationenuitwisselaar
Daksilikaten (netwerksilikaten, tektosilikaten)
Bouw: ieder hoekpunt v/e tetraëder aan een andere verbonden → 3D netwerk
2 tetraëders hebben nooit meer dan één O-ion gemeenschappelijk → uitsluitend met elkaar
verbonden via de hoekpunten → nooit gemeenschappelijke ribben → Si:O verhouding = 1:2
→basisstructuur = SiO2 (Si4O8)
SiO2 daksilikaten
Wanneer enkel Si aanwezig zijn: kwarts SiO2. Verschillende soorten obv manier van kristallisatie: kwarts,
tridymiet, cristoballiet
Kwarts is een uiterst bestendig mineraal en sommige zanden bevatten bijna uitsluitend kwarts
Veldspaten (felsische mineralen) door IS een gedeelte van Si door Al vervangen → andere kationen in structuur
opgenomen om het ladingstekort te compenseren
Bv orthoklaas (KAl Si3O8),
Bv plagioklaasreeks met eindtermen albiet (NaAl Si3O8) en anortiet (CaAl2Si3O8)
Zeolieten: gehydrateerde daksilikaten, omwille van hun hoge uitwisselingscapaciteit vaak gebruikt bij sanering
(waterbodems) om zware metalen te fixeren
Bv: analciem (NaAl Si2O6.H20)
Bv chabasiet (CaNa3)Al2 Si4O12.6H2O
Stijn Vandelanotte
-17-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 6: De gesteenten van de aardkorst
De aard van gesteentes
Aard en eigenschappen van gesteenten bepaald door aanwezige mineralen en de wijze waarop deze in het gesteente
geschikt zijn:
magmatischeof de stollingsgesteenten: ontstaan door de stolling van gesmolten materiaal dat uit de diepere
gedeelten van de aarde opwelt. Ze hebben meestal een massievestructuur
sedimentaireof de afzettingsgesteenten: vormen dooraccumulatie van afbraakmateriaal van andere gesteenten of
resten van organismen,door neerslag van in water opgeloste stoffen uit oppervlaktewaters ofuit grondwater.
Afzettingsgesteenten zijn doorgaans gelaagd
metamorfe gesteenten: gevormd door ombouw van andere gesteenten onder invloed van hoge druk en of
temperatuur. Herkristallisatie in vaste toestand→nieuw gesteente dat volledig verschilt van het
uitgangsgesteente in minerale samenstelling, structuur en uitzicht.Kunneneen ‘gelaagdheid’vertonen.
Stollingsgesteenten ( 95%)
Magma: gesmolten vloeibaar gesteentemateriaal door T of P drukveranderingen in de bovenste mantel of in de korst
Samenstelling van magma is afhankelijk van plaats en aard van het oorspronkelijk materiaal
Stolling van magma → stollingsgesteenten
Gedurende afkoeling van magma: kristallisatie van silikaten niet gelijktijdig → successieve vervorming van
verschillende mineralen
Minst oplosbare mineralen vormen eerst
Mineralen meestal hogere ρ dan magma
⇒ zakken weg in magma
⇒ komen niet verder tussen in stollingsproces
⇒ bij verdere afkoeling, overblijvende magma, armer aan elementen
⇒ geeft gravitatieve differentiatie
⇒ verschillende soorten stollingsgesteenten
Indeling stollingsgesteenten
Indeling obv vormingswijze – afkoelsnelheid ⇒ ander uitzicht maar met een gelijke chemische samenstelling
Plutonische gesteenten: Trage stolling op grote diepte → grote korrels (1-10mm) (bv graniet)
Vulkanische gesteenten: Snelle stolling aan het opp → kleine korrels (<0,1mm, soms glas) (bv bazalt)
Ganggesteenten: Intermediair: kleine en grote korrels (granodioriet)
OPM:
Porfierische structuur: fijnkristallijne of glazige matrix met hier en daar grotere fenokristen
Bv porfier van Quenast → afkoeling van magma gebeurt in 2 stappen
♦ Eerste trage afkoeling → grotere kristallen (fenokristen)
♦ Tweede snelle afkoeling na uitvloeiing of na opstijging in een spleet → resterende smelt
fijnkristallijn
Pyroklastische gesteenten: ejecta, zoals bommen, lapilli en as, uit vulkanische uitbarstingen
Soms tot de sedimentaire gesteenten gerekend
Indeling obv het SiO2 of kwartsgehalte bij chemische analyse: hoeveelheid kiezel en ijzer en magnesiumhoudende
mineralen
Zure gesteenten: veel kiezels (>66% SiO2) ⇒ ook veel kwarts en weinig donkere Fe, Mg houdende mineralen
Basische gesteenten: geen vrije kwarts aanwezig, heel veel donkere Fe en Mg houdende mineralen
Intermediaire gesteenten: nog een beetje kwarts
Ultrabasische (mafische) gesteenten: geheel uit Fe en Mg houdende mineralen
OPM: De termen zuur en basisch hebben hier niets met de pH te maken. Ze werden vroeger ingevoerd in de
mening dat de silikaten als zouten konden worden beschouwd worden. SiO2 werd beschouwd als een zuuroxide
dat met H2O zuren kon vormen zoals H2SiO3. De termen zijn in gebruik gebleven niet alleen in de
aardwetenschappen maar ook in de cementindustrie en staal industrie
Indeling obv de kleurindex M
Het gehalte aan donker gekleurde mineralen zoals biotiet, amfibolen, pyroxenen, olivijnen en andere mineralen
Donker gekleurde mineralen worden ook mafische mineralen genoemd in tegenstelling tot de felsische ,
lichtgekleurde mineralen
0-10% donkere mineralen
→ hololeukokraat
10-35%
→ leukokraat
35-65%
→ mesokraat
65-90%
→ melanokraat
90-100%
→ holomelanokraat
De zure gesteenten (bv graniet) zijn vnl samengesteld uit felsische mineralen, terwijl de basische gesteenten uit
donkergekleurde of mafische mineralen bestaan en dus Fe en Mg houden zijn
Stijn Vandelanotte
-18-
Bodemkunde: theorie
Indeling op basis van de mineralogische samenstelling: indeling volgens Streckeisen
Gebaseerd op de verhoudingen vd hoofdmineralen: kwarts, alkaliveldspaat, plagioklaas, veldspaatvervanger en
Fe en Mgmineralens, alsook de textuur, afhankelijk vd korrelverdeling
Veldspaatvervangers komen nooit voor in zure magma’s en nooit samen met kwarts, anders tijdens de stolling
is er de vorming van veldspaat
Benoeming vd gesteenten mbv diagrammen van Streckeisen: onderscheid tussen diepte- en vulkanische
gesteenten → verschillende namen voor dezelfde samenstelling
Bv graniet (grofkorrelig diepgesteente) heeft dezelfde samenstelling als rhyoliet (fijnkorrelig opp gesteente)
Diagram van streckeisen is een dubbele driehoek
De ene met de gehalten aan alkaliveldspaat,
plagioklaas en kwarts
De ander met de gehalten aan alkaliveldspaat,
plagioklaas en veldsplaatvervangers
De 3 componenten per driehoek worden uitgerekend op
100% felsisch bestanddelen en uitgezet
In de diagrammen wordt geen rekening gehouden
met de kleurindex
♦ M stijgt van links naar rechts
♦ Ultramafische gesteenten met M>90% zijn een
afzonderlijke klasse waarbij de benaming
vooral wijst op het overwegend aanwezige
mineraal bv pyroxeniet ⇒ pyroxenen.
Vulkanische gesteenten met dergelijke
samenstelling komen zelden voor
Voorkomen van stollingsgesteenten
De plutonische gesteenten
Vooral granieten
Frequent: kwartveldspaatgesteenten
Minder frequent: diorieten en gabbro’s
Zeldzaam is de rest
De vulkanische gesteenten
Vooral bazalten
Frequent: andesieten
Minder frequent: rhyolieten, rhyodacieten, dacieten
Zeldzaam is de rest
Indeling van de ganggesteenten
Ganggesteenten zijn differentiatieproducten van grote magma intrusies ⇒ afwijkende samenstelling
Aplieten → fijnkorrelig, suikerachtig
Pegmatieten → grof
Beiden ontstaan door uitkristallisatie van een waterijk hyperzuur restsmelt van granitische samenstelling
Afzettingsgesteenten (afzetting of sediment)
Ontstaan
Algemeen:
Afzetting of sediment: materiaal dat door water, ijs of wind is afgezet
Sedimenten: deeltjes van <1µm tot blokken van meerdere meters
Gesteente fragmenten en de mineralen in sedimenten: afkomstig vd afbraak van andere gesteenten
Ook resten van planten en dieren, schelpen en skeletten kunnen zich ophopen tot gesteentemassa’s
Diagenese: losse afzettingen worden geleidelijk door steeds dikkere massa bedolven → holten tussen korrels
verkleinen → gedeelte water uitgeperst → overblijvende water bevat meer zouten → bij toenemende T of p is er
een uitkristallisatie van zouten uit het porienwater → aaneenklitten van losse korrels → hard sediment
Bv cementen: kalk, kiezel, Fe
Verkitting ook mogelijk op geringe diepte bij verzadiging aan kiezel, kalk of ijzer, ook in grondwater ontstaan
verharde banken mogelijk
Vorming van afzettingsgesteenten
Door afbraak van: stollings-, metamorfe of afzettingsgesteenten door water fysische of chemische agenten en
afzetting door water, wind of ijs vd afbraaksedimenten (zandsteen, leisteen) . Dit kan ook door uitkristallisatie
van zouten (kalksteen, gips, evaporieten, fosfaten) of door biologische processen (kalksteen, steenkool)
Gemeenschappelijk kenmerk vd verschillende vormingstypes is de gelaagdheid en het voorkomen van tal van
fossielen
Stijn Vandelanotte
-19-
Bodemkunde: theorie
Processen en omvang
Processen aan aardoppervlak: verwering, erosie, transport, bezinking, accumulatie van organogeen materiaal en
evaporatie → bij normale P en T omstandigheden
Verwering: alle processen die gesteente ontbinden/ desintegreren door combinatie van fysische, chemische
en of biologische factoren → vorming van verweringsmateriaal
Bodem is het blangrijkste product van verwering
Erosie: alle processen waarbij verweerd materiaal getransporteerd wordt op of nabij het aardoppervlak door
water, ijs of wind
Afzetting of sediment: los sediment (wanneer diagenese → hard gesteente)
Omvang vd sedimentaire processen
≈ 5% vd aardkorst, doch bedekken ze 75% vh aardoppervlak
Ten minste 95% vd sedimenten bestaan uit schiefers, zandstenen en kalkstenen
80% schiefers en klei
15% zandstenen en zand
5% kalkstenen
Indeling vd sedimentaire gesteenten
Klastische gesteenten
Psefieten of rudieten (grind / puin):
30-50% vd harde stabiele gesteente
brokken van >2mm
Conglomeraten: afgegronde
grind aaneengekit fijne matrix
Breccies: hoekige fragmenten
(puin)
Arenieten (zandkorrels, 50-200µm)
zandkorrels hoofdzakelijk stabiele mineralen (kwarts, zirkoon), soms ook uit kalk of veldspaten
Na intense verwering: alleen kwarts (witte kwartszand van Mol)
Door verkitting van zand → zandsteen (arkose, kalkzandsteen, ijzerkalksteen)
Pelieten of lutieten (korrels 2-5£0µm)
Leemkorrels (2-50µm): l¨ss (vnl kwartskorrels + veldspaat + kalk + kleimineralen → ontkalking → leem)
→ bij verharding: siltstones
Kleikorrels (<2µm): kleiafzettingen
→ bij verharding: leistenen, claystones
Biochemische gesteenten
kalkstenen: essentieel calciet→afgezet tgv fysico-chemische processen (onttrekken koolzuurgas)waarin ook
organismen een rol kunnen spelen
soms rijk aan fossielen(organismen met calciet in hun weefsel, schelp of skelet): fossielen + kalkhoudend
slib → krijt → kalksteen (vb. ‘petit granit’)
verschillende types en hardheid(krijt, kalksteen, dolomiet, travertijn, …)
chemische sedimenten: uitdamping van of reacties in waterige oplossingen(bv. uit zeeën neerslaan van
anhydriet, gips, steenzout en bitterzout) → soms dikke lagen die door lagere dichtheid en hun plasticiteit
kunnen vloeien en in de bovenliggende formaties doordringen als diapieren
fosfaten, kiezelgesteenten, ijzerafzettingen, Al- afzettingen, …
organische koolwaterstoffen: accumuleren in reducerende omstandigheden.
Vb. veen vorming →bruinkool →steenkool.
In oceanen inbezinkende slib → planktonresten → door biochemische processen geleidelijk evolueren naar
oliedruppels en gas → migreren in zandige sedimenten → vorming van petroleum- en aardgasbellen
Metamorfe gesteenten
Ontstaan
Wanneer P en/of T ↑ → mineralen in gesteente worden onstabiel → herkristallisatie → nieuwe mineralen ontstaan
ten koste van vroegere mineralen zonder dat er versmelting optreedt (dit verschijnsel noemt metamorfisme)
Waar komt het voor?
Wanneer gesteenten zeer diep begraven onder dikke lagen (hoge P en T)
Wanneer gesteentepaketten over elkaar schuiven of bij plooiingen (hoge P)
Wanneer een opstijgend magma de T in de omgevende gesteentelagen doet stijgen
Dus volgende hoofdtypes van metamorfose
Thermometamorfose: ontstaat op diepte van 1-10km door T↑ als gevolg van opstijgende magma → lokaal om
plutonische gesteentecomplexen → meestal beperkt tot enkele 100m dikte
Regionale metamorfose: ontstaat op diepte >5km oiv de hoge T en P → zones zijn groter dan de
thermometamorfose en minder gebonden aan afzonderlijke intrusielichamen
Stijn Vandelanotte
-20-
Bodemkunde: theorie
Voornaamste metamorfe gesteenten
2 types metamorfe gesteenten
Ongelaagde → ontstaan door overschuiving van gesteentemassa’s of door contact met magma
Gelaagde → ontstaan door diepe begraving
De hoofdtypes worden aangegeven uitgaande van een oorspronkelijk gesteente
Stollingsgesteenten
Graniet → gneis: onregelmatige foliatie van stengelige en plaatvormige mineralen afwisselend met kwarts
en veldspaatrijke bandjes
Basisch gesteente → amfiboliet: ongregelmatige foliatie van stengelige mineralen afwisselend met
veldspaten
Sedimentaire gesteenten
Kalksteen → marmer: rekristallisatie
Zandsteen → kwartsiet: rekristallisatie
Schiefer: → fyllade → mica-schist → gneis. Bij fyllade: mica’s microscopisch klein, bij micashist
macroscopische orientatie van glimmers
Zandige schiefers → kwartsofyllade → schist → gneis. In kwartsofyllade afwisseling van kwartsrijke
bandjes met kwartsarme bandjes waarin glimmers ontwikkeld zijn
Voornaamste mineralen in metamorfe gesteenten
Exploitatie als delfstoffenvoor industrie: vb. ijzererts, bauxiet, kalksteen, …
K, Ca, Mg, P, S, Na, Fe,…vrij bij chemische verwering van mineralen in gesteenten → mineralen belangrijkste
leveranciers van plantenvoedende stoffen in bodems van natuurlijke ecosystemen en landbouwsystemen waarbij niet
wordt bemest. De belangrijkste plantenvoedende stoffen zijn de macronutriënten N, P, K, Ca, Mg en S, en de
micronutriënten Cl, B, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni en Mo.
Samenstelling van moedermateriaal en graad van verwering ⇒ bepaalt de natuurlijke chemische vruchtbaarheid: zo
zijn matig verweerde bodems op graniet (in een gematigd klimaat) zijn vruchtbaarder dan sterk verweerde bodems
op graniet in tropische gebieden.
Bepaalde mineralen vinden hun directe toepassing in landbouw of meststoffenindustrie:
dolomiet:CaMg(CO3)2
calciet:CaCO3
gips:CaSO4.2H2O
apatiet: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)
sylviet: KCl
Samenvatting van de mineralen !
Stollingsgesteenten
Afzettingsgesteenten
Metamorfegesteenten
Stijn Vandelanotte
-21-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 7: Geologie en lithologie van België
Woord vooral: in dit hoofdstuk dienen er geen data of namen gekend te zijn. Je moet enkel weten welke gesteenten waar
voor komen. Daarnaast wordt het ook verwacht om de verschillen tussen primair, secundair, tertiair en quartair uit te
leggen. Waar komt wat voor, hoe werd het gevormd en wat is hun impact op de de bodem. Niet zo belangrijk!!!!!!!
Geologische geschiedenis van België
Waar komen de gesteenten voor?
Stollingsgesteenten
Zeer zelden voorkomen enkel nog te Bier, Lessen en Quenast
Vulkanische gesteenten
Ondergrond van West-Vlaanderen
Metamorfe gesteenten
Ardennen (Libramont en Bastenaken)
Algemeen
Welke onderdelen bij wat voorkomen moet je vinden in de legende, bv Jura is deel van mesozoicum
Paleozoicum (Primair) → basisskelet van België ⇒ Sokkel
Gebergte vormingen: Caledonische, Hercynische orogenesen ⇒ Door erosie zijn deze gebieden weer vlak
geworden
Voorkomen
Hoog België, midden België en de valleien vd Dender, Zenne, Dijle, Gete
Gesteentes die er voorkomen
Vaste gesteenten: Zandsteen, kalksteen, leisteen
Mesozoicum (Secundair) ⇒ Deklagen
De vlakke gebieden uit het paleozoïcum werden gedurende deze periode meerdere malen overstroomd en
door een steeds in dikte toenemende laag sedimenten bedekt
De deklagen werden niet meer geplooid
In de loop vd tijd verharden de oudere afzettingen tot gesteenten als zandstenen, kalkstenen
De lagen zijn dus niet geplooid, wel licht hellend in het Noorden, meer hellende in het Zuiden. Deze lagen
rusten op de Primaire Sokkel
Voorkomen
Deeltje van Bergen, Luik, Verviers en het deel met o.m. Aarlen
Dagzoming: Krijt in het Hainebekken, Haspengouw, Land van Herve
Trias en Jura in Belgisch Lotharingen
Caenozoicum (tertiair) deklagen
Gebergte vormingen: Alpine (vorming van Alpen, pyrineen, jura, karpaten) → In België weinig invloed
Deze Lagen hellen zwak naar het Noorden
Voorkomen: Hoofdzakelijk Vlaanderen en in Noord-Wallonie (ten noorden van Samber en Maes)
Kwartair mantel
Afzetting van sedimenten die de oppervlakkige laag vormen
(mantel) en het III, II en I bedekken
Gesteenten die er voorkomen: Losse sedimenten: zand, klei, leem
Kenmerkend voor het Kwartair waren de 4 ijstijden, gescheiden
door warmere perioden (fluctuatie vd zeespiegel)
Vorming van zand, zandleem en leemstreek
Vorming vd polders
Vorming vd alluviale afzeetingen (opvulling valleien)
Vorming vd grindafzettingen vd Maes
De Kwartaire afzettingen komen overal in België voor
Vorming van Kustvlakte
1. Afzetting van Calais tijdens Atlanticum: zand en klei afzetting,
waddenlandschap afgesloten door duinengordel. Duinen van Ghyvelde –
Duinkerke zijn nog restanten
2. Oppervlakteveen tijdens Subboreaal. Achter duinengordel → water wordt zoet →veenvorming (soms heel hoog,
niet meer overstroomd: moeren)
3. Doorbraak duinengordel → nieuwe overstromingen tijdens Subatlanticum inverschillende fazen:
• Duinkerke I (4de – 2de eeuw VC), bedekt door
• Duinkerke II (3de – 8ste eeuw NC), indijking → Oudland
• Duinkerke III (11de – 12de eeuw NC) nabij Nieuwpoort en het Zwin, na indijking → Middenland
• Laatste indijking: esturarium van de IJzer en het Zwin → Nieuwland
• Strategische overstroming tijdens 16de – 17de eeuw→Historische Polders van Oostende en de Scheldepolders van Oost
Vlaanderen en Antwerpen
Stijn Vandelanotte
-22-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 8: Verwering en bodemvorming
Verwering
Algemeen:
Laag en midden-België: diepe oppervlakkige materialen → diepe bodems
Hoog België: meestal ondiepe oppervlakkige materialen → ondiepe, stenige bodems (bv ardennen)
Verwering van mineralen en gesteenten geeft aanleiding tot de vorming van een bodem
De bodem maakt deel uit vh natuurlijk milieu vd plant en kan gedefinieerd worden als het bovenste, losse deel
vd aardkorst of lithosfeer tot op een diepte die van belang is voor de plant
Een zeer groot deel vh landoppervlak is bedekt door bodems
Alleen kale rotsen, permanent bevroren oppervlakken, zandduinen in woestijnen, dikke zoutlagen zijn niet
als bodem te aanzien
Verwering: afbraak van een gesteente en mineralen tgv verschillende processen die erop inwerken
Fysische, chemische en biologische verwering met een sterke interactie tussen de verschillende vormen
Fysische verwering
Oorzaken? Aantasting door fysische krachten
Vorstwerking
Bevriezen van water → uitzetting 9% → heel hoge P → uiteenvallen van gesteenten
Waar? Meestal in hooggebergten
Temperatuursverschillen → insolatie of woestijnwerking
Door verschillen in uitzettingscoefficient vd verschillende mineralen in een gesteente → uiteenvallen
Waar? Meestal in woestijnen
Zoutkristallen:
Door groei → afschilferen van gesteenten
Bv CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O → volume toename van 60% → zie vorstwerking
Spleetvorming tgv Verwijderen vd bedekking: drukontlasting
Wortels van bomen in spleten: druk ↑
Gevolgen? Desintegratie (vergruizing, verbrokkeling) vh gesteente zonder verandering in chemische samenstelling
→overgan v/e compact gesteente (bv graniet) tot een gesteente bestaande uit losse brokstukken
Vergruizing → groter reactie oppervlak vh gesteente → geschikt worden voor transport en afzetting en
daarenboven nog meer onderhevig aan chemische en biologische verwerking
Algemeen: meest actief in gebieden waar weinig neerslag voorkomt (hooggebergte, de polen, woestijnen)
Chemische verwering
Algemeen
Wat? Afbraak van mineralen van gesteenten door koolzuur en humuszuren → aantasting vd mineralen
Vorming van koolzuur: CO2 + H2O → H2CO3
Neerslag H2O, atmosfeer bevat ook CO2 ⇒ zure regen
Zuur bodemwater → chemische verwering ↑
O2 → reacties in oxyderende bestanddelen
Verwering ↑ ~ T↑
Gevolgen?
Samenstelling vh mineraal verandert
Bv KAlSi3O8 + 6H2O (orthoklaas) ↔ Al4(Si4O10)(OH)8 (kaoliniet) + 8SiO2 + 4KOH
Kleimineralen als resultaat van verwering, kunnen migreren in de bodem (vorming van Bt-horizont)
Kwarts is heel resistent tegen chemische verwering
Mineralen kunnen volledig (congruent) of slechts gedeeltelijk (incongruent) oplossen
Congruent oplossen
Haliet (NaCl) is goed oplosbaar: 350gr/kg H2O bij 25°C ⇒NaCl van zoutafzettingen en insluitsels in
mineralen lossen snel op
Gips (CaSO4.2H2O ) is veel minder oplosbaar 2200ppm bij normale T
Kwarts is weinig oplosbaar: alleen bij langdurige verwering in een tropisch klimaat zal het oplossen
Stijn Vandelanotte
-23-
Bodemkunde: theorie
Calciet (kalkstenen) nog minder oplosbaar
Afhankelijk van CO-2—druk, pH en T
Reactie: CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca2+ + 2HCO3H2CO3 ↔ CO2 + H2O
♦ Lage pH → vooral H2CO3 oplossing → reactie naar rechts
♦ Hoge pH → vooral HCO3♦ Als CO2 druk ↓ → neerslag van CaCO3
♦ In bodems met meer CO2 → oplosbaarheid van kalksteen > die bij contact met rivierwater
♦ Bij lage T → meer CO2 opgelost in H2O → grotere oplosbaarheid
CaCO3 lost op in koude oceaanwater op grote diepte en lost minder op in warm water nabij
de oppervlakte in tropische gebieden
Kalkstenen zijn meer resistent tegen verwering en erosie in tropsiche gebieden dan in
gematigde sterken
Kalkneerslag bij koken van water
♦ Als T ↑ → oplosbaarheid van calciet daalt iets
Door ontkalking (reactie naar rechts) verdween uit de kalkhoudende bovengrond vd poldergronden
10% vd calciet in 300jaar. In kalksteen gebieden kan per jaar en per km² tot 40m³ kalksteen opgelost
worden ⇒ oppervlakte verlaging van 4cm per 1000jaar
♦ Oplossing van kalksteen kan leiden tot typische landschapsvormen: “Karst”
Incongruente oplossing
Hydratatie; absorptie van H2O-moleculen aan mineraal → wijziging vd eigenschappen
Bv CaSO4 (anhydriet)+ 2 H2O ↔ CaSO4.2H2O (gips)
♦ Ook een volume verandering ⇒ extra fysische invloed
Hydrolyse: vervanging van kationen in structuur van primaire silikaten door H+ ionen uit de
bodemoplossing → vorming v/e hydroxylgroep of een afzonderlijke hydroxide. Hydrolyse is het
belangrijkste chemische verweringsproces
Bv KAlSi3O8 + 6H2O (orthoklaas) ↔ Al4(Si4O10)(OH)8 (kaoliniet) + 8SiO2 + 4KOH
Reacties verlopen naar rechts bij lage pH
Ionen gaan in oplossing en worden weggevoerd met het grondwater of worden ten dele geadsorbeerd
of ingebouwd in kleimineralen
Fe2+ zal normal geoxydeerd worden en neerslaan als goethiet of haematite wat zeer onoplosbaar is
Kwarts is weinig oplosbaar en zal in fijnverdeelde toestand achterblijven en evenuteel microkristallijne
kwarts vormen, in tropische gebieden is de oplosbaarheid x groter
In tropische gebieden kan in goed gedraineerde bodems silica onttrokken en opgelost worden uit de
kleimineralen zodat (Al2(OH)6) als residueel product achterblijft
♦ Al-rijke bodems kunnen tenslotte een Al-erts vormen
Oxidatie en reductie
Vooral oxidatie van Fe2+ houdende mineralen (biotiet, magnetite) gevormd in het primair milieu
Voorbeeld: 2Fe2SiO4 + O2 + 4H2O (olivijn) ↔ 2Fe2O3 + 2H4SiO4 (limoniet)
♦ Vorming van Fe onoplosbare nieuwe mineralen
♦ Het sulfide ion wordt omgezet in sulfaat
♦ Zure oplossingen ontstaan
♦ Limoniet die op deze wijze ontstaat zal de bodems rood of geel kleuren
Pyriet of Markassiet (FeS2): dikwijls in III kleiafzettingen → vorming sulfaat → + Ca → gips
Wanneer verwering in anaërobe voorwaarden gebeurt ⇒ geen oxidatie van Fe2+ → blauwgrijze kleur
Biologische verwering
Wortels van planten → verbreden van rotsspleten → gesteente splijt (dus ook soort fysische verwering)
Gravende organismen → gesteente homogeniseren en toevoer van lucht en water vergemakkelijken → ontbinding
en oxidatie kunnen optreden (chemisch)
Bacteriën kunnen zowel oxidatie als reductie bewerkstelligen
In anaërobe toestanden: sulfaat-reducerende bacteriën produceren S2- of H2S → neerslag van metaalsulfiden
→vorming van pyriet en./of markassiet
Bij ontbinden en verrotting van organische resten → vorming van humuszuren en CO2 → pH ↓ → metalen in
oplossing
Plantenwortels: deze scheiden ook organische zuren af ⇒ pH↓
Plantenwortels en bodemdieren: deze scheiden ook CO2 af als restproduct bij hun ademhaling ⇒ grote
hoeveelheden CO2 → pH ↓ ⇒ oplossen van mineralen wordt vergemakkelijkt (bv bij calciet)
Stijn Vandelanotte
-24-
Bodemkunde: theorie
Factoren die verweringsprocessen beïnvloeden
Weerstand of resistentie van mineralen en gesteenten
Afhankelijk vd mineralogische samenstelling, textuur en structuur vh gesteente
Verweringsreeks van Bowen voor primaire silikaten: mineralen die bij hoge temperaturen T →minder stabiel
tegen chemische verwering dan mineralen die uitkristalliseren bij lage T
Basische gesteenten → verweren vlugger dan zure gesteenten tot zeer snelle verwering
Apatiet (komt niet voor in de reeks) → apatiet is ook sterk verweerbaar en levert een druk
Ubiquisten: dit zijn zware mineralen (bv rutiel, toermalijn, zirkoon met ρ > 2,8 → komen niet voor in de
reeks van Bowen)
Grotere resistentie dan kwarts
Komen voor in zandfractie sedimenten en bodems
naast kwarts en orthoklaas → aanwijzing over de
herkomst vh sediment
Verwering van een vast gesteente
Onder tropisch klimaat: toename vd 15cm in 1000 jaar
Onder gematigd vochtig klimaat: gemiddelde toename van
3 cm in 1000 jaar
Mineralen in secundair milieu of van sedimentaire gesteenten:
Volgorde van resistentie tegen verwering: sulfiden <
carbonaten < silikaten < oxyden
Klimaat
Voornaamste elementen vh klimaat: neerslag en temperatuur
T: beinvloedt snelheid van chemische reacties en ontbinding van organisch materiaal (chemisch) en bepaalt
verdamping en bevriezing (fysisch)
Neerslag: H2O → noodzakelijk agens voor chemische verwering
Klimaat controleert plantengroei (biologisch)
Verschillende bodemtypes lopen parallel met de klimaatgordels (zonale bodems) → verweringsproducten
verschillen naargelang klimaatzone:
Koude zone: vaak stenige bodems, fragmenten vh oorsprongsgesteente
Gematigde zone: meest verweerbare mineralen verdwijnen → alleen kwarts, orthoklaas en muscoviet
blijven over
Kwarts en orthoklaas vnl in zandfractie en muscoviet wordt getransformeerd tot illiet in de kleifractie
Tropische zone: alle verweerbare mineralen zijn aangetast
behalve kwarts (zandfractie);
door neogenese veel kaoliniet (kleifractie)
Na, K, Ca, Mg logen uit,
Fe en Al oxideren tot goethiet, gibbsiet
Bodemzonaliteit
Zonale bodems: bodems met een ontwikkeling die karakteristiek is voor een bepaalde klimaatzone
Intrazonale bodems: goed ontwikkelde bodems die, door de invloed van andere bodemvormende factoren
dan klimaat, afwijken van zonale bodems
Azonale bodems: jonge bodems die nog weinig bodemvorming hebben ondergaan
Reliëf en drainage
Sterk reliëf: fysische verwering en erosie groot → onverweerd gesteente komt aan de oppervlak omdat er geen
verweringslaag meer is overgebleven. Ondiepe bodems
Matig reliëf (heuvelachtig); diepste verweringslagen.
Hier vind men de watertafel op zekere diepte (tenminste op de heuvelruggen en hellingen) ⇒ goede
drainage ⇒ constante vernieuwing verweringswater door neerslag ⇒ afvoer geneutraliseerde bodemwater
Zonder reliëf: moerasgebieden: afwatering moeilijk → verwering klein
Erosie = afbrokkeling en beginstadium van transport vd brokkelstukken: exogene processen waardoor
verweringsmateriaal uit brongebied wordt weggevoerd
Hellingsprocessen → zwaartekracht
Fluviatiele erosie → continentaal water
Winderosie
Glaciale erosie → ijs
Mariene erosie → zeewater
Transport: verplaatsing (door water, wind of ijs) van materiaal hetzij als vaste deeltjes of in een oplossing
Stijn Vandelanotte
-25-
Bodemkunde: theorie
Bodemvorming
algemeen
ontstaan? resultaat van verwering → ontstaan los materiaal → bodem
wat? Buitenste deel vd aardkorst, waarin lithosfeer, hydrosfeer, atmosfeer en
biosfeer onderling interageren, met verweringsverschijnselen tot gevolg
Bodemvormende factoren: klimaat, aard vh moedergesteente, vegetatie, reliëf, tijd,
mens (bv landbouwtechnieken)
Diepte bodem: verschillende definities
Voor landbouw: het deel dat belangrijk is voor de plantenwortels → tot 2m,
varieert van enkele cm in rotsige streken (bv ardennen), tot 1 a 2m op losse
materialen (leemstreek)
Voor milieudeskundigen: bodem is het vaste deel vd aarde met inbegrip vh
grondwater en de andere bestanddelen en organismen die zich daarin
bevinden. Bodemverontreiniging → vaak veel dieper dan de zone van
plantenwortels en dus ook in het grondwater
Ontstaan vh bodemprofiel: migraties
Algemeen
Ontstaan vh bodemprofiel? Door verwering van gesteente: vorming
moedermateriaal (losse bodemlaag) boven het moedergesteente.
Moedermateriaal → hierin wordt de ‘bodem’ gevormd door bijkomende processen → horizonatie →
profielontwikkeling
Processen bij profiel ontwikkeling
Aanvoer en omzetting van organische stof
Afkomstig van planten
Bovenin het profiel: grond een donkerdere kleur
Minerale fractie (kle, zand,..) gemengd met hoeveelheid organische materiaal (OM)
Natte gronden: donkere laag dun met hoog gehalte aan OM
Drogere gronden: gehalte aan OM is doorgaans lager, maar dikte van de laag is groter
‘plaggen’ bodems: humeuze bovenlagen ontstaan door ophoging vd mens
Migraties: uit en inspoeling of heterogenisatie
Wanneer er meer neerslag is dan er verdamping is ⇒ neergaande waterbeweging in bodem
Suspensie of oplossing van bepaalde bodembestanddelen → deze afvoeren tot op zekere diepte (eluviatie)
Neerslaan (illuviatie)
Of definitieve verwijdering door horizontale stromingen (mbv grondwatertafel)
Verarmde lagen: eluviale horizonten
Aangerijkte lagen: illuviale horizonten
Ontwikkeling vh bodemprofiel is afhankelijk vd aard en de intensiteit van migraties van bodemcomp.
Welke migraties?
Migratie van alkali-elementen
♦ Alkali-elementen (K, Na) in bodem ovv zeer oplosbare kalium en natriumzouten of ovv
gemakkelijk uitwisselbare ionen → uitloging onder vochtig klimaat geschiedt snel en volledig
Migratie van aardalkali-elementen (Ca, Mg)
♦ Ca-zouten: carbonaten (calciet, dolomiet) en sulfaten (gips)
♦ Oplosbaarheid van gips is 200x groter dan deze vh carbonaat.
⇒ carbonaat, dolomiet → oplossen tot bicarbonaat → migratie
Bij de oplossing van carbonaten en sulfaten: Ca en Mg vrij als gehydrateerde kationen:
spoelen uit of zijn aanwezig als uitwisselbare kationen op het uitwisselingscomplex
♦ Ca en Mg gemakkelijk verdrongen door H+ ionen en kunnen volledig uitgeloogd worden
Migratie van ijzer, mangaan en aluminium (sesquioxyden): 2 mogelijkheden
♦ 1/ onder vorm van echte oplossing
Fe: migratie slechts mogelijk in sterk zuur of sterk reducerend milieu
Zuur milieu (pH <3: Fe mobiel als Fe3+
Reducerend milieu: Fe3+ → Fe2+ (zeer mobiel) → vaak tijdelijk of permanent
waterverzadigde bodemhorizonten (gleyverschijnselen)
Door anaërobe microbiële activiteit → migratie ferro-ijzer als ferrobicarbonaat
Mn: Mn4+ of Mn3+: → Mn2+ (nog mobieler dan Fe32+)
Al:
Reducerend milieu: mobiliteit lager dan Fe (Al niet gereduceeerd)
Zuur milieu (pH < 5,5): Al als gehydrateerd mobiel ion
In een alkalisch milieu (pH > 8,5): (Al(OH)3 als anion mobiel
Stijn Vandelanotte
-26-
Bodemkunde: theorie
♦
2/ onder vorm van colloidale oplossing
Fe: in bodem doorgaans driewaardig Fe3+ →vormt Fe(OH)3 in het bodemwater → een positief
geladen colloid
Onafhankelijk Migratie van Fe(OH)3 wordt snel onmoglijk ⇒ migreren samen met klei
waarbij Fe(OH)3 irreversibel gebonden is aan negatief geladen klei deeltjes
Als Chelaten: organisch complexvorming met fulvo- en humienzuren → zeer mobiele
organische complexen
Al
Met klei- en humus-colloiden: Al op uitwisselingscomplex
Als chelaten: zoals bij Fe
OPM: in een dieper milieu is er een kleinere reducerend vermogen of lager pH ⇒ uitvlokking
vd colloïden ⇒ geen verdere migratie
OPM: Migratie van Fe en Al niet altijd in dezelfde verhouding
Migratie van kiezelzuur
♦ Afhankelijk vd pH
♦ In ons klimaat: geringe migratie van kwarts
♦ Alkalische gronden: grote migratie van kwarts
♦ Migratie van kwarts is hoger in aanwezigheid van humus
Migratie van OM
♦ Zachte humus: gevormd in neutraal of alkalische milieu (veel Ca)
→ moeilijke migratie en weinig bestanddelen die oplosbaar zijn in
het bodemwater
♦ Zure humus: gevormd in zuur milieu van plantenresten en arm aan
minerale stoffen → zeer sterk oplosbaar in water → migreert als
colloidale oplossing (met Fe en/of Al) (bv podzolen)
Migratie van klei
♦ Kan een gevolg zijn van mechanische percolatie met doorsijpelend regenwater
♦ Kan ook van colloidale aard zijn: kleideeltjes zijn negatief geladen en uitvlokking van klei wordt
verhinderd door de aanwezigheid vd colloidale humus
♦ Na-zouten aanwezigheid bevordert de migratie van kleideeltjes
Vrij dikke hydratatiemantel vd geadsorbeerde Na-ionen
♦ Kan ook door neutralisatie vd positief geladen hydroxiden van sesquioxyden → geladen
kleideeltjes vlokken uit (accumulatie van klei)
Volgende fasen
Verwering gesteente (R) in los moedermateriaal (C)
Nestelen vd vegetatie: vorming van humus aan het oppervlak en inmenging vd bovenste laag door
organismen (A-horizont)
Door afbraak → van humus (organische zuren) en koolzuur in bodemwater → verdere verwering onder Ahorizont → vorming van verwerings B-horzizont
Eluviatie van klei en/of humus: vorming van illuviale B-horizonten (Bt, Bhs) met daarboven eventueel de
uitlogingshorizont E
Verdere verwering van deze horizonten: vorming van Bws-horizont
Bodemprofiel gekenmerkt door verschillende horizonten (A,B,C) afh vd graad van bodemvorming
Evolutie: R → A – C → A – Bw – C → A – Bt (Bh, Bk) – C → A – Bws – C
Het bodemprofiel
Bepaalt door: bodemvormende factoren → verwering → gevolg: verschillende lagen (horizonten)
Ontstaan: Hard gesteente → verwering(fysisch, biologisch, chemisch): los materiaal → humus → vegetatie
→meer humus → woeldieren mogelijk → poreuze massa → uitloging elementen door aantasting vd humuszuren
→bepaalde elementen afgezet onderin → vorming van verschillende horizonten
A-horizont: oppervlakkige laag
met OM
B-horizont: aanrijking met
ingespoelde elementen
C-horizont: los moedermateriaal
R-Horizont: hard gesteente
Stijn Vandelanotte
-27-
Bodemkunde: theorie
Studie van een profielkuil
Wat? Observatie van een profielkuil → gegraven put van 1-2 m diep, waarbij langs de verticale wanden de
natuur en de superpositie vd bodemlagen wordt beschreven en bemonsterd adhv internationale richtlijnen
→bodemclassificatie (USDA, FAO)
Waarom? Om de variabiliteit vd bodems binnen een bepaald bodemtype te bepalen
Hoe? Boringen met een standaard diepte van 1,25m (dit heb je ook gedaan voor je project van bodemkunde)
Karakteristieken vd bodem in profielkuil: verschillende horizonten
Aard vd horizonten (A,B,C)
Dikte vd horizont (bovenste en onderste begrenzing)
Kleur vd bodem
Aanwezigheid van gleyverschijnselen (roestvlekken)
Bodemtextuur
Structuur vd bodem
Compactie vd bodem, consistentie (hard, zacht?)
Poriengehalte, groote en type
Grindgehalte en aanwezigheid van artefacten
Aanwezigheid van zouten, vooral kalk (door HCl test)
Sporen van biologische activiteit: molgangen, mierennesten
Wortelgehalte (dikte, aantal, plaats)
Overgang tussen de horizonten
In laboratorium volgende analyses per horizont
Organische koolstof, Stikstof, Fosfor
Textuur, zand-, klei- leemfracties
pH-H2O en pH-KCl
kationenuitwisselingscapaciteit CEC
uitwisselbare basische kationen
uitwisselbare zuurheid en Al
opm: ook ongestoorde monsters van fysische bepalingen (dichtheid, pF) ter evaluatie van het waterhoudend
vermogen
Voorbeelden
Bodems met A-C profiel: Entisols
Jonge bodems
In C: stratificatie zichtbaar
USDA: entisols
FAO, WRB: regosols, fluvisols, gleysols, arenosols
Duinbodems, polderbodems, jonge bodems in stroombekkens
Ook ondiepe bodems op gesteente (ardennen)
Landbouwwaarde is afh. van grondsoort en drainage
Bodems met een A-Bw-C profiel
Vrij jonge bodems
Geen duidelijke uitloging of aanrijkingshorizont
Bw horizont: verwering B-horizont → kleur B of structuur B
USDA: inceptisols
FAO, WRB: cambisols , gleysols
Veel in de ardennen in verweringsmateriaal van schiefers, kalksteen
Landbouwwaarde is afhankelijk vd dikte vd verweringslaag en stenigheid vd boem
Bodems met een A-(E)-Bt-C profiel
Onder bos: duidelijk bleekbruine uitlogingshorizont (E) enk klei-aanrijkingshorizont (Bt) → A – E – Bt – C profielontwikkeling
Onder akkerland: geen E → A- Bt – C profielontwikkeling
FAO, WRB: luvisols
Typisch voor leem en zandleemstreek
Hoge landbouwwaarde maar toch in beperkte mate afhankelijk vd drainage
Bodems met een A-E-Bh-C profiel
Sterk uitgeloogde bodems met duidelijk uitlogingshorizont E en humus/ijzer-aanrijkingshorizont (Bh) → A – E – Bh – C
FAO, WRB: podzols
Meestal onder bos of heide
Zandig moeder materiaal: vooral in zandstreek en Vlaamse Vallei
Heel lage landbouwwaarde en afhankelijk van dikte vd bouwlaag en diepte vd grondwatertafel
Bodems met een O-C profiel
Veengronden
FAO, WRB: histosols
Hoge venen (hoogveen), enkele valleien (laagveen)
Geen landbouwwaarde
Hoge natuurwaarde
Hoofdstuk 9: Samenstelling vd bodem
Gewoon eens lezen , niet zo belangrijk. Dit lijkt meer op chemie uit het middelbaar met een tintje bodemkunde :p
Stijn Vandelanotte
-28-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 10: Fysische eigenschappen van de bodem
Granulometrie
Korrelgroottefracties
90-95% vd vaste fractie vd bodem zijn minerale bestanddelen
Oorzaak: verwering van gesteenten
In stenige grond: tussen het verweerde nog veel onverweerd materiaal
In zandgrond: gesteente korrels duidelijk zichtbaar, de grofste zandkorrels kan men goed
tussen de vingers voelen schuren
In kleigrond: onmogelijk afzonderlijke korrels te onderscheiden → klei voelt vettig aan
Grootte vd mineralen kan sterk uiteenlopen: van een kei tot microscopische kleine delen
Grindt fractie:
Voorkomen: vooral in hoog België
Grindt → belemmering vd bodemwerking → verlaging vd landbouwwaarde
Kwartsgrint: volledig inert → geen afgave van voedingsstoffen
Behalve vd verweerde gesteente fragmenten
Zandfractie
Voor 80% uit kwarts (inert), 20% weinig verweerbare mineralen als orthoklaas en
muscoviet
Zand heeft een holocene ouderdom (IV): meestal heel kwartsrijk
Zand uit III of II ouderdom: meestal veel rijker (kalk, glauconiet, mica’s)
Zandgronden: veel drainage porien → grote uitspoeling vd voedingselementen (NO-3--, K+,Ca++) → zeer
geringe landbouwwaarde
Leemfractie
Voor 80% in zuiver onverweerde loess, vnl grof leem 20-60µm
Bevatten meer verweerbare mineralen dan zandfractie → leemgronden in België slechts 10000 jaar oud
Onverweerde leem (loess): kan tot 12% kalk bevatten
Leem bevat normaal: 88% kwarts, 1 tot 4% mica, 7-12% veldspaat en 0,5 zware mineralen
Kleimineralen in leembodems: illiet, vermiculiet en smectiet aanwezig tgv verwering van mica’s
Loess mantel wordt soms vermengt met substraat materiaal: mica, glauconiet, kalk
Leemgronden:
zeer hoge landbouwwaarde, doorgaans weinig Mg bemesting nodig itt zandgronden
hoog gehalte aan nuttige waterbergingsporien itt zand en kleigronden
Kleifractie
Bestaat hoofdzakelijk uit kleimineralen → de mineralogische samenstellig is afh. van onstaanswijze
Kalksteenverweringsklei: smectiet
Verweringklei van bepaalde schiefers: kaoliniet
Klei van III ouderdom: mica, glauconiet → maar dit verweerd naar illiet en smectiet
Alluviale mariene of fluviatiele kleiafzettingen: smectieten met hoge kationenbezettingen (rijk aan Ca, Mg)
Kleifractie (na humus) is de meest actieve fractie!
Iliet, vermiculiet en smectiet bezitten een negatieve lading (permanent of veranderlijk) → adsorptie
voedingskationen → uitwisseling naar plantenwortels
Kleigronden → grote wateropnmae maar minder nuttige waterberginsporien dan leemgronden
Smectieten → wateropname → sterke zwelling → schade, huizen
Dit vormt vooral in de subtropen grote problemen: zwellen → krimpen → zwellen …
Samenvatting
Grind: inactief in bodem
Zand: inactief in bodems
IV zand: vooral kwarts
III en II zand: rijker aan mineralen zoals glauconiet, kalk, mica’s
Leem: actieve bodemfractie → bevatten verweerbare mineralen → bij verwering dienen deze mineralen dan als
plantenvoedende bestanddelen
Bevat voornamelijk: 88% kwarts, 1 tot 4% mica, 7-12% veldspaat en kleimineralen gevormd door
verwering (illiet, vermiculiet, smectiet)
Klei: actieve bodemfractie → bevatten verweerbare mineralen → bij verwering dienen deze mineralen dan als
plantenvoedende bestanddelen
Kleimineralen (smectiet, vermiculiet, kaoliniet) en het type klei is afhankelijk vd aard vh moedermateriaal
en graad vd verwering.
Kleimineralen kunnen voedingsbestanddelen adsorberen en uitwisselen ⇒ belangrijk voor plantenvoeding
Stijn Vandelanotte
-29-
Bodemkunde: theorie
De bodemtexturen (grondsoorten)
Met behulp van de drie hoek kan men bepalen met welk
grondtype je te maken hebt. In de hoeken vd driehoek
vindt je telkens 100% van klei,zand of leem fractie.
Voorbeeld:
Samenstelling: 40% Zand, 50% Leem, 10% klei
OPM: probleem met deze driehoek is dat je slechts 3
gehaltes kunt uit tekenen terwijl je ook nog een grind
gehalte en een OM-gehalte hebt waarmee je moet
rekening houden
Indeling volgens grindgehalte
15-75% grind
→ zone G → stenige bodem
>75% grind
→ zone I → zeer stenige bodem
Indeling volgens OM
>30% OM
→ zone V
Licht ↔ zwaar!
Z, S en P → lichte gronden = gemakkelijk en vroeg te bewerken
P- gronden gescheiden van S gronden: op P-gronden is de eerste tarwe teelt nog mogelijk
P – gronden zijn ideaal voor tuinbouw
Z – gronden verstuiven gemakkelijk, S – gronden weinig of niet
Z en S- gronden vereisen de zwaarste bemestingen
A L E en U → zware gronden = moeilijker te bewerken
A en L: beste landbouwgronden
U-gronden: goed tot zeer goed wanneer bovengrond kalkhoudend is, wanneer het te nat is wordt het
meestal gebruikt als weiland
Textuurprofiel:
Wat? de verticale opeenvolging van grondsoorten tot op 120cm diepte
Bodem homogeen: wanneer slechts 1 grondsoort voorkomt tot op 120 cm diepte
Bodem heterogeen: wanneer meerdere grondsoorten voorkomen en mekaar opvolgen
Bv zand-bovengrond en klei-ondergrond ; klei op veen
Substraat: wanneer ondergrond een afwijkende structuur bezit tov de bovengrond
→ aanduiding als substraat als deze tussen de 20 en 120 cm begint
Men onderscheid volgende substraten
s-: zandsubstraat
→ groepeert de texturen Z, S, P
l-: leemsubstraat
→ groepeert de texturen L , A
u-: kleisubstraat
→ groepeert de texturen E, U
w-: klei-zandsubstraat
v-: veensubstraat
→ ondergrond V
g-: grindsubstraat
→ ondergrond stenig
Bodemlegende vd Belgische kustzone: berust op geomorfologische en
lithostratigrafische criteria: bv duinbodem, komgrond
De experimentele korrelgroottebepaling: mechanische of granulometrische analyse (niet zo belangrijk!!!!!)
Toepassingsgebied? Alleen op fijngrond, fractie <2mm, na verwijdering van Niet-nietminerale deeltjes
Bepaling
Bodemmonster wordt vooraf aan de lucht gedroogd
Luchtdroge grond gezeefd door zeef van 2mm: afscheiding vh grind
Fijngrond behandelen met H202 om het OM te destrueren
Toevoeging van HCl voor oplossing carbonaten en cementerende Fe-oxiden
Verwijderen oplosbare zouden door wassen met water
Drogen en afwegen bodemhoeveelheid
Nat zeven op zeef van 50µm voor afscheiden vh zand vh leem en klei
Leem en klei oplossing verzadigen met Na+ ionen om klei dispersie te brengen
Pipeteren om leem- en kleifracties te bepalen volgens de wet van Stokes
Wet van Stokes = verband vd ∅ van gesuspendeerde deeltjes en hun bezinkingssnelheid in vloeistofkolom
V = [x ² g ( ρ s − ρ i )] / 18η
Met x = 2r en v = s/t s = [2r ²tg ( ρ s − ρ i )] / 9η
Stijn
V: sedimentatiesnelheid (m/s)
ρs: dichtheid vd deeltjes (2,65.
10³kg/m³)
ρi: dichheid vh medium (1kg/m³)
G: gravitatieconstante
Vandelanotte
X: diameter van het deeltje (m)
η: dynamische viscositeit vh medium
-30-
Voorstelling gebeurt adhv de cumulatieve curve
Bodemkunde: theorie
Werkelijk soortelijk gewicht SG
Formule: SG = massa / volume
Afh van: verhouding tussen minerale en organische bestanddelen
Kwarts (SG = 2,65 g/cm³) meestal meer dan 80%
Orthoklaas (SG = 2,58) 10 à 20%
Muscoviet (SG = 2,82) enkele %
Bijzonderste kleimineralen: illiet en kaoliniet: SG = 2,65g/cm³
SG minerale bestanddelen
Meeste bodems : 2,65g/cm³
Wanneer SG> 2,65 g/cm³ ⇒ belangrijk gehalte (10-20%) aan Fe-oxiden (goethiet bv) met een SG van
4g/cm³ (dit komt vooral voor in tropische gebieden)
SG humus in droge toestand: gemiddeld 1,45 g/cm³
Berekening:
(1)
Gewicht %→
Volume % →
(2)
Schijnbaar soortelijk gewicht SSG
= dichtheid v/e ongestoorde bodem: betrekking op de bodem als geheel → vaste bestanddelen + porien
Formule:
(3)
SSG < SG omdat porien geen massa hebben!
Bepaling van SSG: monstername is zeer belangrijk → ongestoorde ringmonsters bij max. zwellingstoestand vd
bodem (lente → bodem is op veldcapaciteit)
Totaal porien volume: TPV
Deel van grondvolume dat door porien wordt ingenomen → uitgedrukt in een fractie vh grond of
substraatvolume.
Uit SG en SSG kan TPV berekend worden:
Formule:
(4)
Het vol% aan vaste bestanddelen : SSG*100/SG
Verband tussen % humus, SSG en TPV:
Humus ↑ → SSG ↓ → TPV ↑
Hoe komen we aan de formule voor TPV? → voorbeeld
Bodem met: 2% humus (gew%) en SSG 1,4575 kg/dm³
⇒ SG = (100x1,45x2,65)/142+5,3 = 2,607 … deze waarden krijg je als formule (1) gebruikt
⇒ Volume aan vaste bestanddelen in 1dm³: SSG*100/SG = 1,4575/2,607 = 0,559
⇒ volume aan porien in dezelfde 1dm³: TPV = 1 – 1,4575/2,607 = 0,441dm³ (gebruikt van formule (4))
Bodemstructuur
Bodemstructuur: onderlinge rangschikking en binding vd vaste bodemdeeltjes tot stabiele of niet stabiele
bodemaggregaten
De bovengrond
Korrelstructuur: grondkorrels liggen afzonderlijk naast en op elkaar (tvm hoop graankorrels) → slechte
structuur: klein poriënvolume (25%vol) (bv arme zandgronden → verstuiving)
Kruimelstructuur: gronddeeltjes kleven aan elkaar tot aggregaten → vormen kluitjes of kruimels met afgeronde
vormen, ordeloos en mekaar → goed structuur: groot poriënvolume (60%vol) (bv uitwerpselen regenwormen)
Ondergrond
Verschil met oppervlakte structuur/bovengrond
Aggregaten met geometrische-regelmatige vormen
Sluiten goed bij elkaar aan
Groter dan aan oppervlakte
Meestvoorkomende vormen: prismatisch, platig en blokkig
Prismatische structuren
Structuurelementen zijn prismas
Verticale as > horizontale assen
In klei- en leem bodems, net onder de bouw voor
Binnen de prisma’s: weinig porien
Prisma’s kunnen verscheidene dm’s hoog zijn
Variant: colummaire structuur (in Na+ verzadigde bodems
Stijn Vandelanotte
-31-
Bodemkunde: theorie
Platige structuren:
horizontale structuurelementen te onderscheiden
afgeplatte, soms schubachtige vorm
verticale as veel kleiner dan de horizontale assen
o.m. op slempige grondenen inploegzool
meestal weinig poriën•
storen de afvoer van water en zijn belemmering voor wortelontwikkeling
Blokkige structuren:
aggregaten kubusachtige vorm
de 3 assen ongeveer even groot
kunnen ontstaan uit prisma’s
wanneer hoeken scherp: hoekige blokstructuur(veel zwellende kleien)
in meer zandige en lemige bodems:
Factoren van invloed op de bodemstructuur
Belang vd structuur
Aanwezigheid van porien en holten tussen de vastbodemdeeltjes is belangrijk om volgende redenen
er kan lucht in de bodem dringen: O2-rijke lucht nodig voor ademhaling van gewassen en
bodemdieren. Wanneer < 10 à15 vol% lucht →minder groei
er kan warmte in de bodem dringen
er is een goede beworteling mogelijk
er kan water in de grond vastgehouden worden: water nodig gedurende ganse groeiperiode van de
gewassen. Overmaat aan water →heel schadelijk voor gewassen: verdrijven bodemlucht uit poriën
→afsterven wortels
een overmaat aan water kan worden afgevoerd
Behoud van een goed structuur en het vermijden van structuurverval is daarom onontbeerlijk en aangepast
cultuurtechnische maatregelen zijn dus ook noodzaeklijk
Bodembewerking – klimaat
Ploegen ⇒ verhoogd aanzienlijk de macroporositeit vd bodem
Slagregens verslempen in de bodems
Vorst ⇒ verbrokkeling vd kluiten ⇒ verhoging poriënvolume
Ploegen in natte omstandigheden is nefast !
Gewicht tractor → compactie vd bodem bij ploegen → grotere kluiten → steenhard bij gemis aan vorst
Door slippen van wil van traktor in ploegvoor → vorming van verstikkende ploegzool = dun verhard
laagjes op ploegdiepte (35cm) → toegesmeerd → doorlaatbaarheid water en wortels ↓ → opbrengst↓
Wateroverlast in bouwvoor (veroorzaakt door ploegzool) → structuur bederf
Wanneer droog: ploegzool breken dor ondergrondwoeler (breken tot 20à35cm diepte)
Lichte gronden: ploegen na winter, tijdens winter groenbemester
Zwaardere gronden: best ploegen in herfst → kluiten breken door vorst
Organische bemesting → verhogen vh OM
Groenbemesting in de rotatie: bv
In leemstreek: suikerbiet , wintertarwe, winter-gerst-raaigras of wikke
In zandstreek: mais, wintergerst, raaigras
Toedienen van stalmest of drijfmest
Inschakelen in de rotatie van tijdelijk grasland
Inploegen van oogresten zoals bietenbladeren, stro van graangewassen (vaak in leemstreek)
Bekalking
Zeer effectief in zware kleigronden
In leem- en kleigronden: om de 6 à 8 jaar van 30à40 ton schuimkalk/ha ⇒ 35 ton vochtige schuimkalk
komt overeen met 15000 kg fijn verdeeld CaCO3, 250kg P2O5, 100kg N ovv 2500 kg OM, rijk aan ruwe
eiwitten en 200kg suiker
In zandleemgronden: in rotatie om de 6 jaar gewoonlijk aardappelen → gevoelig voor kalk → schuimkalk
te strooien onmiddellijk na de aardappelteelt
Voorzorgen bij de minerale bemesting
Gebruik van grote hoeveelheden Na-rijke kunstmeststoffen of
ruwe kalizouten (die rijk zijn aan NaCl) te vermijden
Na-ionen → dikke hydratatiemantel → klei gaat sterk
peptiserend → structuurverval → korstvorming aan oppervlakte
→ belet verluchting van de bodem, infiltratie van water en
kieming van zaden
Stijn Vandelanotte
-32-
Bodemkunde: theorie
Plasticiteit en tijdstip van bodembewerking
Wat? Eigenschap v/e lichaam om zonder breuk of scheur kneedbaar te zijn maw vervormbaar onder druk en waarbij
de vervorming behouden blijft na het ophouden vd vervormende kracht
In de bodem is de plasticiteit afhankelijk van Gehalte aan smectiet
In L en M België → Kleigrond met 30% klei bezit ongeveer 10% smectiet
Evalueren door atterbergse grenswaarden: bepalen bij toenemende vochtgehlten wanner de overgang van bijna vast
bodem, eerst naar een kneedbare en vervolgens naar een bijna vloeibare toestand overgaat
Bovenste plasticiteitgrens (vloeigrens):
vochtgehalte op de grens tussen de halfvloeibare en de plastische toestand.
In het labo: Vloeigrens wanneer een groeve van bepaalde afmetingen die in de grondpaste getrokken werd,
over een lengte van 1 cm weer toegevloeid is, nadat het potje met de betreffende grondpaste 25
gestandardiseerde klopjes heeft ontvangen
Onderste plasticiteitgrens (rolgrens):
Vochtgehalte op de grens tussen de plastische en half-vaste toestand
De rolgrens of bewerkingsgrens is bereikt bij dit vochtgehalte, waarbij een gerolde grondsigaret van
3mm∅, verkruimelt bij het verder rollen met de hand over een glazen plaat
Plasticiteitsgetal: ingevoerd door Casagrande → het verschil in vochtgehalte tussen vloei- en rolgrens
20à30% vocht: grond is zeer plastisch
10à20% vocht: grond is plastisch
<10% vocht: grond is weinig plastisch
OPM: onderste plasticiteitsgrens: “structuurvormend gehalte” → vochtgehalte waarbij de bodembewerkingen
gunstige invloed hebben op structuurverbetering (kruimelvorming):
Zware gronden: optimaal vochtgehalte voor het ploegen is 60 tot 90% van het vochtgehalte bij veldcapaciteit
Zandgronden: mogen bij veldcapaciteit geploegd worden
Hoe beter de bodemstructuur is, des te hoger het optimaal watergehalte voor de bodembewerkingen zijn
Aggregaaatstabiliteit
Micro-aggregaten: ∅ < O,25mm → stabiliteit is afhv: klei en humus complex dat verzadigd is aan Ca++ionen
Macro-aggregaten: 0,25mm < ∅ < 10mm → vorming is afhv klimaat, plantengroei, bodemfauna en de mens door
uitdroging , vorst en bodembewerkingen. Druk is bij al deze factoren een het voornaamste onderdeel →verhoogd de
cohesie vd kleideeltjes
Kluiten: samengestelde aggregaten met een ∅>10mm
Uiteenvallen van bodemaggregaten:
Dit kan door neerslag → impact vd regendruppels (afh. van ∅vd druppel, intensiteit en/of duur vd neerslag)
Oiv bodemvochtigheid
Bodem vochtig en regenwater blijft tijdig in bodem infiltreren → schade miniem
Regenintensiteit > infiltratiesnelheid → plassen → bodem raak oververzadigd → uiteenvallen vd macroaggregaten
Op helling: oppervlakkig waterafvoer (run-off) → grotere kluiten vallen uiteen in grover en fijner materiaal
→ bij uitdroging ontstaat een korst.
Om dit tegen te gaan is een groenbemester zeer belangrijk !
Luchtexplosie
Wat? Uiteenvallen van droge aggregaten door binnendringen van water in de microporien gedurende een
intense regenbui ⇒ luchtdruk groter dan bindende krachten in aggregaten ⇒ uiteenspatten
Waterstabiele aggregaten: droge aggregaten die in water niet uiteenvallen
OPM: chemische analyse vertelt ons dat stabiele aggregaten een hoger aandeel aan OM bezitten dan onstabiele
aggregaten die in water uiteenvallen
Percolatie = infiltratie
Algemeen
Wat? Percolatie is de verticale beweging van water veroorzaakt door de zwaartekracht in een bodem die meer water
bevat dan bij zijn veldcapaciteit
Belang van percolatie? Sterke invloed op de scheikundige bodemeigenschappen → onderzoek van drainagewater in
lysimeters
In begroeide lysimeters kan eveneens de aangepaste pot. Evapotranspiratie gemeten worden. Dit is de
hoeveelheid water die een bodem onder een bepaalde vegetatie kan verdampen in dien de watervoorziening
optimaal is.
De potentiële evapotranspiratie = neerslag + beregening - drainage
Water-verzadigde permeabiliteit? De snelheid van de waterbeweging zowel horizontal als verticaal in een volledig
water verzadigde bodem
Stijn Vandelanotte
-33-
Bodemkunde: theorie
Bepaling vd infiltratiesnelheid volgens de infiltrometer-methode
Dubbele ring infiltrometer
Bouw: 2 stalen cilinders van 25cm hoogte tot een diepte van 10cm in de grond gedrukt, waarna in het
uitstekende gedeelte water wordt gegoten
Debiet vh in de bodem infiltrerend water wordt gemeten in de binnenste cilinder
D = Q/T (debiet, kwantiteit, tijd)
Beoordeling naar irrigatie
Kennis vd infiltratiesnelheid is belangrijk voor:
Bepaling vd irrigatiemethode van bodems onder droge klimaten
Afleiding van neerslagintensiteiten die runn-off en verslemping veroorzaken
Volgende klassen naar irrigatie toe
Zeer traag
0,1cm/h
niet irrigeer baar
Traag
0,1 – 0,5 cm/h
Matig traag
0,5 – 2cm /h
optimaal van 0,7 tot 3,5cm/h
Matig
2-6cm/h
voor oppervlakte bevloeiing
Matig snel
6 – 12,5 cm/h
Snel:
12,5 – 25cm/h >12,5cm/h: sprinkler irrigatie
Zeer snel:
>25cm/h
Stijn Vandelanotte
-34-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 11: Water in de bodem
Belang van het water in de bodem
Opname door wortels, afgifte door blad (transpiratie) en bodem (evaporatie)
Controle mechanismen
Abiotische factoren: klimaatsfactoren
Biotische factoren: blad T, opening vd stomata, aantal stomata
Rol van water in de plant
Bouwstof / grondstof
Koelvloeistof
Transport middel
Belangrijk voor stevigheid en elasticiteit vd plant
Voorkomen van water in de plant
Metabolisch water → gebruikt bij de assimilatie tot glucose en de dissimilatie van glucose
Structureel gebonden water
Cappilair verbonden water
Celsap
Belang van water in de bodem
Totaal uitgedroogde bodem = tijdelijk dode bodem
Totaal verzadigde bodem = tijdelijk dode bodem
Bij verdamping van bodemwater (transpiratie) → water verbruikt warmte , maw is water een warmteregelaar vd
bodem en belet dat de bodem T te hoog oploopt
Natte bodem = koude bodem → trage opwarming
Droge bodem = warme bodem
Water beïnvloed sterk de bodemstructuur
Droge zandgrond → verstuiving
Droge klei → heel hard
Oververzadiging: verslemping
Bij optimaal vochtgehalte: luchtige en stabiele structuur
Water in het bodemprofiel
Grondwatertafel: nagenoeg horizontaal in de bodem
Grondwaterzone: gedeelte vd bodem onder de grondwatertafel → alle openingen, porien zijn gevuld met water → er
is geen lucht meer afwezig en bijgevolg sterven de wortels af
Capillaire zone: uit de grondwatertafel stijgt water omhoog in openingen door fijne kanaaltjes die onderling
verbonden zijn → gevolg van capillaire kracht: hoogte vd capillaire zone en de snelheid vh opstijgen is afhankelijk
vd grote en het aantal porien wat op zijn beurt afhankelijk is vd grondsoort
Gesloten capillaire zone: nabij de grondwatertafel → veel water → grootste porienen en holtes zijn gevuld →
meeste wortels sterven ook nog altijd af
Open capillaire zone: bevat meer lucht, alleen in nauwste capillairen water → hier kunnen de wortels in leven
Hangwater zone: gedeelte boven de capillaire zone → bevat water dat tijdens het doorsijpelen blijft hangen in de
fijnste capillairen en porien of blijft kleven aan de colloïden (klei en humus) → de hoeveelheid hangwater is
afhankelijk vd grondsoort , zo kan zand weinig ophouden, leem veel
Binding of retentie van water in de bodem
Waar komt het water in de bodem voor?
In en rond de vaste bodemdeeltjes: zwel en adhesie water → sterk in de grond gebonden
Zwelwater: water in de vaste bodemdeeltjes (klei en humus) zeer sterk gebonden
Adhesiewater: water als huidje rond de bodemdeeltjes → zeer sterk gebonden
Gebonden aan de in de grond aanwezige zouten
Zouten trekken water aan door osmose → minder water voor het gewas beschikbaar → in extreme gevallen
kan zelfs vocht uit de wortelcellen onttrokken worden
In fijne porien en gangetjes vd grond
Dit omvat vooral het capillair gebonden water → niet al het water in de capillairen is beschikbaar voor de
planten
In grotere holten en gangen → niet gebonden of vrij water → lopen leeg door de zwaartekracht wanneer deze
groter is dan de zuigkracht → drainage water
Begrippen
Verzadigd → wanneer alle gangen, gangetjes, holten en porien gevuld zijn met water en wegzakt naar de GWT
Veldcapaciteit → het moment dat geen water meer uit de grond zakt
Verwelkingspunt → wanneer er enkel maar capillair water is overgebleven en de planten dus water tekort en
Beschikbaar water → de hoeveelheid water bij veldcapaciteit – het water dat overblijft bij het verwelkingspunt
Stijn Vandelanotte
-35-
Bodemkunde: theorie
Energietoestand van het water in de bodem
De waterpotentiaal
De waterpotentiaal ϕ = maatgetal die de energetische toestand vh water uitdrukt
Het is de arbeid die nodig is per volume eenheid zuiver water om oneindig kleine hoeveelheid watermoleculen
over te brengen vd referentie naar een bepaalde plaats in de bodem
Deelcomponenten van ϕ
Matrixpotentiaal ϕm : resultaat van bindende krachtwerking tussen de watermoleculen en de bodemmatrix
(colloïden, porien, holten)
ϕm steeds negatief
Osmotische potentiaal: ϕπ : worden 2 oplossingen met verschillende concentraties van elkaar gescheiden door
een semi-permeabel membraan, wat doorlaatbaar is voor watermoleculen maar niet voor grotere ionen vd
opgeloste stoffen, dan treedt er spontane waterdiffusie op naar de oplossing met de hoogste concentratie. Deze
potentiaal is negatief aangezien er tov zuiver water steeds zuigkrachten zullen optreden
Formule: ϕπ = (-n/V ) RT
Drukpotentiaal ϕp : drukkrachten die op watermoleculen inwerken → deze verhogen het vermogen tot het lever
van een arbeid → ϕ ↑
Oorzaken van drukpotentiaal? Door hydrostatische druk of verschil in luchtdruk tussen bodem en atmosfeer
Opm: in onverzadigde bodems bestaat er geen ϕp
Gravitatiepotentiaal ϕg : bepaald door de hoogte verschillen tussen bodemwater en referentieniveau. Indien het
bodemoppervlak als referentieniveau wordt aanschouwd: gravitatie potentiaal is op alle diepte negatief
Meestal verwaarloosbaar
Totale waterpotentiaal
Formule: ϕ = ϕπ + ϕm + ϕp + ϕg
De hydraulische waterpotentiaal
ϕh = ϕm + ϕp + ϕg
ϕh veroorzaakt een waterbeweging in de bodem
In natuurlijke bodems: grotendeels matrixcomponent, osmotische compenent is eerder laag door de lage concentratie
aan opgeloste stoffen in bodemwater.
Het begrip pF: vocht of zuigspanning
Wat? Uitdrukking van zuigkrachten → andere methode om waterpotentialen uit te drukken
Het is de teindelige logaritme vd hoogte vd waterzuil
pF : log10 drukhoogte (cm water)
bv voor een hoogte van 100cm water → pF = 2
aangezien pF een logaritmische functie is is een zuigspanning van 0 niet exact weer te geven op de pF schaal
conventioneel heeft men aangenomen dat 1cm drukhoogte overeen stemt met pF = 0
Vochtkarakteristiek of waterretentiecurve: verband tussen de drukhoogte en het vochtgehalte
Afhankelijk vd grondsoort
Totale poriënvolume
Wat? Zie ook vorig hoofdstuk
Totale waterverzadiging → wanneer het volledige porien volume ook gevuld wordt met water
⇒ grond is waterverzadigd, alle gangen en holten, zowel kleine als grote zijn gevuld met water
Voorkomen? In grondwaterzone en in de bovengrond onmiddellijk na langdurige en intense regenval
pF = 0 → geen zuigkracht
Veldcapaciteit
max. watergehalte in de bodem na vrije drainage van overtollige water oiv de zwaartekracht
voorkomen?
In bodemhorizont 1 à 2 dagen na overvloedige regen
In België komt dit vooral voor in het begin vd lente → overtollige water vd regens gedurende winter zijn
weggedraineerd
Grond op veldcapaciteit: kan nog water verliezen → gewassen nemen met hun wortels een deel vh fijne porien en
gangetjes gebonden water op
Zuigkracht vd planten > kracht waarmee het water in de capillairen is gebonden
Zuigkracht vd planten is verschillend en afhankelijk vd plantensoort
Bv: erwten en bonen hebben lage zuigkracht, zonnebloemen en gerst hebben zeer grote zuigkracht
Stijn Vandelanotte
-36-
Bodemkunde: theorie
Op het veld!!
Capillaire zuigkracht bij VC meten met tensiometer (op bepaalde diepte in bodem)
Tensiometer: poreuze pot , gevuld met zuiver water, via buis verbonden met manometer of
druksensoren
Water via zeer fijne porien in potwand in verbinding met vocht in de bodem
Keramische cup poreus → waterbeweging en bodemporien → er ontstaat een drukevenwicht
tussen water in de buis en het water in de bodem → aflezen via manometer of datalogger
Gebruik van tensiometer gelimiteerd tot max. zuigspanning van ongeveer 8m
In praktijk zuigkracht bij VC doorgaans lager dan theoretisch vooropgesteld pF waarden van
2 en 2,5
OPM: om de verticale vochtbeweging te controleren is het nodig om tensiometers op verschillende diepte in en
onder de wortelzone te installeren
Poriëngrootte bij VC
De max. diameter vd porien welke, na het aanleggen v/e bepaalde zuigspanning, nog gevuld blijven kan men
berekenen uit de wet van Jurin:
R = straal in mm, vd porien met water
Formule: r = 2 T / h d g
T = oppervlaktespanning vh water
Poriengrens waarbij de capillaire zuigkracht in evenwicht is met de zwaartekracht bij
H = capillaire stijghoogte
VC is voor de meeste gronden ± 10µm
D = dichtheid vh water
Grotere porien/drainage porien / macroporiën ⇒ >10µm
G = versnellings vd zwaartekracht
2T/dg = constante gelijk aan 14,8 mm²
Kleinere porien/microporien/ waterbergingsporien ⇒ <10µm
Besluit: VC waarde iz zeer belangrijk als bodem fysisch kenmerk: het is een maat vd
waterreserve die de bodem kan opslaan
Verwelkingspunt VP
Wat?
Water in en rond gronddeeltjes & fijnste porien zijn zeer sterk gebonden ⇒ kunnen niet worden opgenomen
worden door de gewassen ⇒ gewassen verwelken wanneer er geen ander water meer beschikbaar is
Kan gedefinieerd worden als het watergehalte vd bodem waarbij de bladeren van zonnebloemplanten permanent
verwelken → ze kunnen de normale turgordruk niet meer herstellen nadat ze in een met waterverzadigde
omgeving zijn geplaatst
Bij welke zuigkracht?
VP is watergehalte vd bodem -15bar waterpotentiaal (pF = 4,2 of 15000cm water)
Porien bij VP: 0,2 µm → niet nuttige waterberingsporien (OP) ⇒ porien <0,2µm
Nuttige waterbergingsporien (WP): porien met ∅ tussen 10 en 0,2 µm
Bevatten bij VC de max. hoeveelheid water beschikbaar voor opname door plantenwortels
Niet nuttige waterbergingsporien (OP): porien met ∅ < 0,2µm
Bevatten water die niet opneembaar is voor plantenwortels → niet nuttig water
Drainage porien (DP): porien met ∅ > 10µm
Bevatten water dat wegstroomt oiv vd zwaartekracht naar de GWT
Beschikbaarwatergehalte (Wb)
Wat? Hoeveelheid water VC verminderd met de hoeveelheid water bij VP → maw: de hoeveelheid vocht die een
plant max. uit de grond kan opnemen
Formule: Wb = VC – VP = TAWC
Water weerhouden tussen VC en VP niet even gemakkelijk opneembaar door plant
Voor meest gewassen tot pF waarde <= 3 even gemakkelijk opneembaar
Vuistregel: 50-66% van Wb gemakkelijk opneembaar → zie ook irrigatieschema’s
Nuttige regencapaciteit (R)
Beschikbaarwater of Wb = VC – VP = TAWC
Nuttige waterbergingscapaciteit of nuttige regencapaciteit R
Formule: R = (VC-VP) x d (vol%)
VC en VP: vol% H2O bij veldcapaciteit en verwelkingspunt
d: dikte vd beschouwde bodem uitgedrukt in dm
Vol% H2O = gew% H2O x ssg
Gevolg: R = d . ssg. (VC-VP) (gew%)
pF-curve (waterretentie-, vochtspanning- of zuigspanningscurve)
Algemeen: geeft het verband weer tussen de zuigspanning en het vochtgehalte vd grond
Y-as: zuigspanning → uitzetten in bar, cm H2O, atm, Mpa of pF (log. Zuigspanning in cm H2O)
X-as: vochtgehalte in vol% aan water
Stijn Vandelanotte
-37-
Bodemkunde: theorie
Welke pF waarden worden normaal uitgezet?
0
→ waterverzadigde bodem
2
→ watergehalte bij VC voor lichtere gronden
2,5
→ watergehalte bij VC voor zwaardere gronden
4,2
→ watergehalte bij VP
4,7
→ watergehalte bij luchtdroge grond
7
→ watergehalte ovendroge grond (gedroogd bij 105°C)
Vochtgehalte meten in labo bij bepaalde zuigspanning
In zandbak voor pF waarden van 0 – 2
In zand/kaolienbak met vacuumpomp voor pF waarden van 2 – 2,7
In membraanpers voor pF waarden > 2,7
Parameters vd pF curve
Totaalporienvolume TPV: snijpunt vd curve met de absis → bij pF =0 (drukhoogte = 1cm H2O) nagenoeg alle
porien en holten vd grond met water gevuld
Vochtgehalten bij veldcapaciteit (pF = 2 of 2,5) en bij verwelkingspunt (pF = 4,2) en hieruit door verschil de
hoeveelheid beschikbaar water Wb
Vol% lucht bij een bepaald vochtgehalte = TPV – vol% H2O
Vol % vaste bestanddelen = 100 – TPV
Waterbergingsvermogen van de bodem db: vol% H2O nodig om deel van grond, met gegeven wateinhoud,
inverzadigde toestand te brengen
Db = (TPV-vol% H2O) . d (met d = dikte vd grondlaag
Db = vol% lucht . d
Totaal nuttig waterbergingsvermogen of nuttige regencapaciteit R (mm neerslag)
R = (VC – VP) . d
Grootte verdeling vd porien: meer horizontaal verlopend deel vd pF curve (bv zandgrond) → bij geringe
toename van pF veel water uit de bodem → grond bevat dus veel porien bij deze zuigspanning
Eenheden vd pF curve
Relatie gew% en vol% : vol% H2O = gew% H2O . ssg vd bodem
Gew% = massa water / massa ovendroge grond
1mm water = 1L/m²
1 vol% water = 1 mm³/100mm³ grond
1 vol% water = 1 L /m² . 100mm grond = 1 L / m². 10cm grond
Nuttige waterreserve en evapotranspiratie
Onder vochtig gematigde klimaten: bodem na de winter steeds op VC
De algemene vergelijking voor de nuttige regencapaciteit in de bodem is
R = d . ssg. (VC-VP) (d = diepte vd beworteling in dm)
Volgende klassen en interpretaties
> 200mm: zeer grote vochtreserve, nooit problemen voor gewas
150-200: vrij grote vochtreserve, 1 x per 5 jaar problemen
100-150: matige vochtreserve, 1 x per 2 jaar problemen
50 -100: vrij geringe vochtreserve, 1 x per 2 jaar uitdroging en
droogtestress
<50mm: zeer geringe vocht reserve; beregening is hier zeker
noodzakelijk
De rest vh hoofdstuk gewoon eens lezen !
Hoofdstuk 11: Bodemlucht
Ook gewoon eens lezen. Je moet enkel weten dat het lucht volume = TPV – vol% H2O
Stijn Vandelanotte
-38-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 12: Bodemkartering en bodemclassificatie in Belgie
Bodemlegende van de bodemkaart 1/20000
Onderstaande legende is van toepassing voor het ganse grond gebied, met uitzondering vd kustvlakte (zie HS 7)
De basiseenheid vd Belgische bodemkaar is de bodemserie → deze wordt bepaald door 3 factoren
Letter 1: hoofdletter → slaat op de textuurklasse vh moedermateriaal.
Hiervoor wordt de textuur vd oppervlakte horizont (0-20cm) genomen
1e kleine letter → bepaald drainageklasse
2e kleine letter → duid de opeenvolging van de horizonten, de zgn profielontwikkeling , aan
Voorbeelden
Aba: droge (niet gleyige) leemgronden met textuur B horizont
Lhc: sterk gleyige (maar tijdelijk waterstand) zandleemgronden met sterk gevlekte textuur B horizont
De aard van het moedermateriaal: textuurklassen
Dit is al volledig gezien in hoofdstuk 10: nog kleine herhaling
Mineralogische samenstelling
Grind fractie → inactief in bodem
Zand fractie → inactief in bodem
Leem en klei fractie → actief in bodem
Men onderscheid voor gronden op losse materialen
waarvan de grindfractie < 15%
Z: zand
S: lemig zand
P: lichte zandleem
L: zandleem
A: leem
E: klei
U: zware klei
OPM: soms gebeurt het dat bij de kartering
textureel heel verschillend materiaal voorkomt
op heel kort afstand en geheel willekeurig zodat
de textuur niet met zekerheid kan afgeleid of
bepaald worden. Voor dergelijke gevallen
worden textuurcomplexen voorzien. Het
textuursymbool bestaat dan uit het symbool vd
zwaarste en lichtste textuur. Met eventueel een
tussen vorm. Bv G-A, E-L-Z
Drainageklassen
Opm: vlekken komen door oxido-reductie
Vrije grondwatertafel: permanente reductiehorizont
Stuwwatertafel: bv op ondoorlatende kleilaag (III)
De bovenste laag zonder gleyverschijnselen
De middelste laag met roestvlekken
De kleiige ondergrond die niet gereduceerd is
Bodems heel nat in winter en heel droog in zomer
Roestvlekken niet altijd indicatief voor drainage klasse.
Waarom niet?
Roestvlekken zijn fossiel en dateren van
vochttoestanden uit een ver verleden
Drainage is door allerlei ingrepen vd mens veranderd:
vele bodems, aangegeven als slecht gedraineerd op
bodemkaarten, momenteel een meer gunstige drainage
door verlaging vd grond watertafel
Ruilverkavelingen
Reductie- en roestverschijnselen ontbreken soms in
natte gronden, omdat
Fe-gehalte vh moedermateriaal te lag is
Geen reductie door bv te veel zuurstof in het grondwater of afwezigheid van OM
Stijn Vandelanotte
-39-
Bodemkunde: theorie
De profielontwikkeling → enkel kunnen toepassen
..a : textuur-B-horizont
..b : verwerings-B-horizont (struktuur-B- of kleur-B-horizont)
..c : verbrokkelde textuur-B-horizont
..d : roodbruine textuur-B-horizont
..e : diepe donker humus-A-horizont
..f : zwakke humus- of/en ijzer-B-horizont
..g : duidelijke humus- of/en ijzer-B-horizont
..h : verbrokkelde humus- of/en ijzer-B-horizont
..m : dikke, antropogene humus-A-horizont
..p : zonder B-horizont
..x : weinig duidelijke of moeilijk te determineren profielontwikkeling
Het substraat
Wanneer? Als binnen het bodemprofiel (<120cm diepte) een substraat voorkomt, dat lithologisch verschil van de
bovenliggende lagen
Aanduiding gebeurt met een kleine letter voor de hoofdletter
s... zandsubstraat (voor textuurklassen Z, S en eventueel P)
l... leemsubstraat (voor textuurklassen A, L en eventueel P)
u ... kleisubstraat (voor textuurklassen E en U)
g... grint- of stenig substraat (textuurklassen I en G)
k... kalksteensubstraat
f... leisteensubstraat
r... leisteen-zandsteensubstraat
n... krijtsubstraat
Indien stenige bijmengen >15% (G): een kleine letter achter het symbool toevoegen met aard vh gesteente
G..k kalksteen
G..f leisteen
G..r leisteen-zandsteen
G..q zandsteen
G..p psammiet
G..x silexiet
G..n krijt
G..t grint
Als fase kan bovendien nog voor de stenig-leemgronden (G) een cijfer in laatste positie toegevoegd worden, deze
geeft de dikte en de stenigheid vd oppervlakte laag weer. Dit is een bepalende factor voor de machinale bewerking
vh land. Volgende onderverdeling wordt gehanteerd
G…1: diepe of matig diepe fase → oppervlakte laag > 80cm dik
G…2: ondiepe fase:
→ oppervlakte laag tussen 40 en 80cm dik
G…3: ondiepe zeer stenige fase → oppervlakte laag tussen 40 en 80cm dik, maar met >50% gesteente fractie
G…4: oppervlakkige fase
→ oppervlakte laag tussen 20 en 40cm dik
G…5: oppervlakkige zeer stenige fase → oppervlakte laag tussen 20 en 40cm dik, maar met >50% gesteente
G…6: zeer oppervlakkige fase
→oppervlakte laag <20cm dik
De bodemlegende van de kustvlakte op 1/20000
Hier wordt rekening gehouden met geomorfologische en lithostratigrafische criteria. De bodems in de kustvlakte
vertonen geen profielontwikkeling
Opbouw vd kustvlakte
Het ontstaan is voornamelijk een gevolg vd post-glaciaire stijgingen van het zeeniveau en van de transgressies die er het
gevolg van zijn. Het substraat uit Pleistoceen zand of zandleem, dat zelf rust op Tertaire klei of zand. De kwartairgeologische opbouw vd Polderstreek.
Stijn Vandelanotte
-40-
Bodemkunde: theorie
Karteringseenheden
Algemeen: de karteringseenheden in de Kustvlakte grotendeels geïnspireerd op de bouw vh gebied en de
geomorfologische eenheden
Duinstreek
A: hoge duinen
B: duingronden
C: geëgaliseerde duingronden
D: overgansgronden
Polderstreek –
Oudland
A: Kreekruggronden (vnl Kleiig zandgronden)
B: poelgronden; kleigronden met veensubstraat
C: oude kleiplaatgronden: kleigronden, substraat duinkerken I-klei
W: overdekte waddengronden: kleigronden, substraat Afzetting van Calais
Middelland
D: overdekte kreekruggronden, Als A van het oudland, overdekt met Duinkerken III-klei
E: dekkleigronden: gronden met homogeen Duinkerken III-kleidek tot > 100 cmdiepte
F: overdekte poelgronden: overeenstemmend met de B-gronden van het Oudland overdekt met Duinkerken
III-klei
G: geulgronden
Dl en Dk: overdekte kreekruggronden met storende laag op geringe diepte, overeenstemmend met de Agronden van het Oudland, overdekt met lichtere
Duinkerken III-sedimenten
Fl en Fk: overdekte poelgronden met storende laag op geringe diepte, overeenstemmend met de B-gronden
van het Oudland, overdekt met lichtere Duinkerken III-sedimenten
Nieuwland
A: strandruggronden: met relatief lichte structuur
B: schorgronden; met relatief zware structuur
C: geulgronden
Overdekt-Pleistocene gronden
P: gronden met Pleistoceen substraat op < 130cm diepte
Kunstmatige gronden (eigen aan de Polderstreek)
OO: overslaggronden
OU: uitgeveende gronden
M: gronden vd Lage moere
Stijn Vandelanotte
-41-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 14: Bodemerosie
Inleiding
Wat? Proces waarbij bodemdeeltjes losgemaakt en verplaatst worden door water, ijs, wind of bodembewerking
Types?
Geologische bodemerosie: alle natuurlijke erosieprocessen die samenhangen met de vorming van landschappen
Rivierwerking, gletsjers
Antropogene bodemerosie: door de mens versnelde erosie
Bv: land ontginnen voor landbouw → natuurlijke vegetatie is weg → regen en wind krijgen een directe vat
op de bodem
Bv: erosie door grondbewerking, waarbij bodemmateriaal op hellingen langzaam naar beneden getrokken
wordt
Bv: erosie door de oogst van wortelgewassen, waarbij wortelmateriaal gehecht aan het gewas wordt
meegenomen en afgevoerd
Waar?
Grote gebieden in Noordwest- Europa is sterk onderhevig aan bodemerosie
Vooral in heuvelachtige gebieden met zandlemige tot lemige bodem waar aan intensieve landbouw wordt
gedaan
In vlaanderen: vooral in de hellende leem- en zandleemgebieden van Midden België: de vlaamse ardennen,
pajottenland, het hageland en haspengouw
Voor >60% van vlaanderen: bodemerosie verwaarloosbaar
Erosie door water
Beinvloedende factoren
Neerslag: hevige en/of langdurige → bodemerosie
Reliëf: in vlakke gebieden bijna nooit watererosie → hellingsgraad ↑ en hellingslengte ↑ ⇒ risico op erosie ↑
Bodemtype: zandleem- en leemgronden zijn de meest erosiegevoelige gronden
Bodemstructuur: wanneer goede bodemstructuur → hogere waterinfiltratie → bodemdeeltjes minder gemakkelijk
losgemaakt en verplaatst
Gehalte aan OM: gehalte aan OM ↑ ⇒ bodemstructuur ↑ ⇒ erosie ↓
Vegetatie:
Dichte en permanente begroeiing (bos, grasland) → weinig erosie
Het gewas, mulchlaag, … → breking vd kracht vd vallende regendruppels + reductie vd afstroomsnelheid
Bedekkingsgraad! Zodevormende gewassen (grassen) zijn beter dan rijgewassen (mais)
Ontbossing, intensieve landbouw → beschermende laag valt weg → problematische bodemerosie
Cultuur- en bodembeheersmaatregelen
Bedrijfscontouring, strokenbouw of mengteelt: terrasseren
Verlies van bodem door erosie
Het verlies is afhankelijk van?
Bodemeigenschappen: textuur, structuur, organisch materiaal %
Klimaat: neerslag, windsterkte
Vegetatie bedekking
Landbouwkundige praktijken: manier van ploegen
Bodemerosie door water: vooral in streken met vochtig klimaat
Bodemerosie door wind: vooral in streken met weinig neerslag
Bepalende bodemeigenschappen
Infiltratiesnelheid: vermogen om water in de bodem op te nemen
Het water zal door de porien, tussen de aggregaten, de bodem indringen
Bij verslemping: bodem wordt erg ondoorlatend voor water en wortels ⇒ slechtere infiltratie
Waterbergingscapaciteit:
Bij pF = 0 → volledige verzadiging → hoeveelheid water die de bodem kan stokkeren
Als bodem verzadigd is: extra toegevoegd water zal afstromen
Doorlaatbaarheid: vermogen om het teveel aan water efficiënt af te voeren
Goed gedraineerde grond → niet zo vlug verzadigd → run-off begint pas later op te treden
Bodemerosiekwetsbaarheid of erodibiliteit:
Het gemak waarmee de bodemdeeltjes kunnen losgemaakt worden vh oppervlak
Stijn Vandelanotte
-42-
Bodemkunde: theorie
Vormen van watererosie
Spaterosie
2 stappen → losmaken van bodemdeeltjes en transport van deze deeltjes
Losmaken door inslaande regendruppels die kunnen opspatten tot 0,6m hoog
Erosiekracht ia afhankelijk van
Massa, afmeting, groote richting, eindsnelheid en intensiteit vd regendruppels
Formule: G : k . D . V ^1,4
G = massa vh opspattende deeltje, k = cte afhankelijk vd bodemgesteldheid, D = ∅, V = impactsnelheid
Gevolgen
Vernietigd kruimelstructuur
Bodemporositeit ↓
Bodempermeabiliteit ↓ → bodemlucht ↓
Verplaatsing vd bodemdeeltjes hellingafwaarts
Uitloging vd klei- en humus deeltjes
Uitloging van plantenvoedende bestanddelen
Korstvorming aan het oppvlakte → activeert verdere erosie = run off erosie
Run off erosie
Transport van water en sediment langs een helling, zonder tussenkomst van rivieren
Wanneer? Als de neerslag > infiltratiecapaciteit vd bodem
Gevolg: bodemverzadiging ⇒ water gaat stromen
Types:
Sheet (of interril of intergeul) erosie
Matige hoeveelheden water, lage snelheid , gelijkmatige verdeling over het oppervlakte ⇒moeilijk te
observeren
Enkel wanneer op het oppervlak niet-erodeerbare elementen aanwezig zijn wordt intergeulerosie
zichtbaar door de vorming van kleine aardzuiltjes onder de beschermende elementen
Geulerosie: door accumulatie van water op bepaalde plaatsen ontstaant geulen
Rill erosie: wanneer geulen nog weg te werken zijn door te ploegen (20-30cm diep)
Gully erosie: grote geulen, en niet meer weg te werken door ploegen, soms kunnen deze meerdere
meters diep zijn wat kan leiden tot ravijnvorming
Badlands: heel dicht netwerk van gullies: overgang naar een fluviatiel, versneden landschap
♦ Opm: leemgronden zijn heel gevoelig voor geulerosie
Wanneer en hoeveel erosie?
Op hellende terreinen: erosiebedragen varieren van 1 tot 10 ton/ha . jaar
In extreme gevallen zelfs tot 100ton/ha.jaar
Wanneer problematisch? Als het meer is dan 10ton/ha.jaar → reliefverlaging van 0,6-1mm/jaar
Gevolgen
Korte termijn
Lokale effecten
Opbrengst verlies door wegspelen en/of
begraven van zaaigoed, meststoffen en
bestrijdingsmiddelen.
Problemen bij bewerken vd akkers
Lange termijn
Vermindering vd bodemkwaliteit
Vernietiging vd archeologisch erfgoed
Kwantificatie door
USLE = Universal
soil loss equition
Formule: A = R.K.L.S.C.P …met:
A: gemiddelde jaarlijks verlies aan
bodemmateriaal
R: neerslagfactor: regenhoeveelheid en –
intensiteit
K: erodeerbaarheid voor bodem
L: hellingslengte factor
S: hellingssteilte factor
C: vegetatie factor
P: beheersfactor
Dit is niet
belangrijk !!!!!
Stijn Vandelanotte
-43-
Stroomafwaartse effecten
Vervuiling vd waterlopen door sediment en de
hieraan verbonden nutrienten en residu’s vd
bestrijdingsmiddelen
Overstroming van straten, gebouwen door moddierig
water
Dichtslibben van wachtbekkens, waterlopen, en
riolering ⇒ grote hoeveelheiden ruimingsspecie
Schade aan de waterzuiveringsinfrastructuur
Bijdrage tot eutrofiering van oppervlakte water
Toepassingen van USLE
~ afgeleid van erosiemetingen op
standaardproefperken en is ~ wereldwijd toegepast
~ geeft enkel idee over spat en intergeulerosie, maar
is niet bruikbaar voor geulerosie
~ praktische toepassingsmogelijkheden
voorspellen vd bodemverliezen onder bepaald
bodemverbruik
bepalen van aanvaardbare bodemverlies
opstellen vd bodemerosiegevoeligheidskaarten
leidraad voor het opstellen van bodembeschermingsen erosiebestrijdingsmaatregelen
Bodemkunde: theorie
Watererosiebestrijdingstechnieken / preventie
(enkel tot voorbeelden is belangrijk, de rest is informatie rechtstreeks van ppt maar niet zo belangrijk
erosie kan nooit volledig vermeden worden. De erosie bestrijding is erop gericht de erosie tegen te gaan die
veroorzaakt wordt door menselijke invloeden welke de natuurlijke erosie versnellen
uitgaande vd factoren die erosie bepalen, baseert erosiebestrijding zich op
bedekt houden van de bodem en deze beschermen tegen de kracht van de vallend regendruppels (perceel),
bv. door natuurlijke vegetatie, dicht gewas,mulch, enz…
het verminderen van de snelheid van het afstromende water (perceel), door
bv. contourploegen, terrassering
het gecontroleerd afvoeren van neerslagoverschotten (verschillende niveau’s), door mechanische ingrepen in de
vorm van sloten, greppels, enz...
Voorbeelden
verhogen vh gehalte aan organisch materiaal
bodembedekking door ‘mulch’ – oogresten, groenbemester
verhogen van biologisch leven (wormen)
verhogen vh gehalte OM
min. bodembewerking
bodem zo kort mogelijk braak laten liggen: ploegen voor planten, bv niet voor winter
strip cropping: smalle percelen met verschillende gewassen, percelen volgens hoogtelijnen
ploegen volgens de hoogtelijnen
verminderen vd hellingsgraad en- lengte door bv terrassering
Landbouwpraktijken
Goed landbouwpraktijken → opbouw goede bodemstructuur
Effecten van een goede bodemstructuur
Stevige kruimelstructuur → weerstaat beter aan erosieve inslag van regendruppels → minder snel
verslemping of korstvorming
Neerslag kan beter en sneller infiltreren → minder afstroming van water
Bodem met stevige kruimelstructuur → beter bestand tegen erosieve kracht van afstromend water, tegelijk
wordt het afstromend water door het ruwe oppervlak geremd
Hoe een goed bodemstructuur behouden en/of opbouwen
Het organische stofgehalte verhogen door het inzaaien van groenbedekkers na de oogst of het inwerken van
voldoende OM zoals stroo, stalmest
Bodem pH optimaliseren door bekalking
Ontwikkeling van bodemfauna (bv regenwormen) en bodemflora reguleren
Compacteren van bodem voorkomen
Bv: machines met wielen met breed draagvlak en lage bandenspanning en bewerken in droge
omstandigheden
Andere goede landbouwpraktijken
Fijnheid vh zaaibed aanpassen aan de algemene weersomstandigheden en aan het zaaitijdstip
Trekkersporen wissen door een ganzevoet achter de wielen
Op sterke hellingsgronden ruggenteelt proberen te vermijden
Geen monoculturen op sterke hellingsgronden
Halveren vd hellingslengte van sterke hellingsgronden door splitsing in 2 percelen met winter en zomerteelt
Geschikte teeltrotatie
Wormgangen → verhogen de porositeit en infiltratie van regenwater, de verluchting vh wortelstelsel en het
waterbergend vermogen
Regenwormen → verteren zowel minerale bodemdeeltjes als OM en dragen zo in sterke mate bij tot de vorming
van een goede kruimelstrucuut
Stijn Vandelanotte
-44-
Bodemkunde: theorie
Wat?
Min. bodembewerking:
Vegetatieresten van tussenteelt
(groenbedekker) of laatste oogst zoveel
mogelijk aan de oppervlakte bewaard
Verschillende vormen van min.
bodembewerking: van ‘niet kerende’
ploegbewerking tot volledig
achterwege laten van ploegen →
directe inzaai
Op lange termijn: betere
bodemstructuur → grotere infiltratie
Enkel effectief wanneer jaar na jaar
toegepast wordt op hetzelfde perceel
Mulching en groenbedekker
Gewas ingezaaid om bodem optimaal
bedekt te houden
Courante bodembedekkers zijn:
Grassen (Engels raaigras)
Koolzaad, gele mosterd
Klavers, lupinen
wanneer inzaaien? Na de oogst vh
zomergewas → bodem is zo de winter
ook bedekt
wenselijk om bodem ook in zomer,
tijdens de hoofdteelt max. bedekt te
houden door ondervrucht of dekvrucht
onder/tussen de hoofdteelt aan te
brengen
mulchzaaien: hoofdgewas
uitzaaien op perceel bedekt met
plantenresten van vorige teelt of
van groenbedekker
onderzaaien: groenbedekking in de
hoofdteelt inzaaien (gras inzaaien
in jong mais)
Ploegen na oogst
Na oogst: akker vaak onbedekt,
gecompacteerd en verslempt → grotere
kans op erosie (vooral groot risico op
geul en ravijn erosie
Bij bodem ploegen na oogst
Breken vd verslempte bodemlaag
→ infiltratie capaciteit ↑ en water
afstroming ↓
Oppervlakte ruwheid ↑ → snelheid
van afstromend water ↓ →
hoeveelheid sediment
getransporteerd ↓
Lineaire elementen en bufferstroken
Houtkanten, heggen , bermen
Stijn Vandelanotte
Voordelen
Nadelen
De goede doorworteling verhoogt de
samenhang vd toplaag
Toename vh OM en het biologisch
leven ⇒ bodemstructuur verbetert en
gewasopbrengst verhoogd
Verhoging vd infiltratiecapaciteit vd
bodem, waardoor minder water
afstroomt. De bodem verliezen
worden daardoor sterk gereduceerd
De gewasresten beschermen de
bodem tegen de erosieve werking
van vallende regendrupperls en
afstromend water
Lagere arbeids- en brandstofkost
verbetering vd bodemstructuur:
productie v. org. Stof en
activering vh bodemleven
doorworteling
bescherming vd bodem tegen
druppelinslag
hogere oppervlakte ruwheid
⇒snelheid vh afstromende water ↓
⇒ erosieve kracht ↓
opname van nitraten door
groenbedekker, waardoor de kans op
uitspoeling van stikstof in het najaar
en in de winter vermindert
onkruid krijgt minder
ontwikkelingskansen in de snel
ontwikkelde gesloten
bodembedekking
Minder toepasbaar bij
knolgewassen: deze vereisen
een goede bodembewerking
om misvormingen en
splitsing van wortels tegen te
gaan
Enkel effectief indien op
lange termijn toegepast
Noodzaak aan slakken
bestrijding
Overschakeling naar
aangepaste machines
noodzakelijk
Toename vd oppervlakte ruwheid
waardoor
Meer water in de bodem kan
dringen
De snelheid vh stromend water
daalt
Regenwater wordt gestockeerd
Bijkomende bewerking
vraagt tijd en geld
Ploegen na oogst is enkel
effectief wanneer de bodem
redelijk droog is
Deze maatregel heeft slechts
1 korte termijn effect en
draagt niet bij tot de opbouw
van een goede
bodemstructuur op lange
termijn
Afstromend water wordt geremd
Infiltratie wordt verhoogd
Meegevoerd sediment wordt
opgevangen
Weerstand van bermen en taluds
tegen massatransport en erosie neemt
toe door de wortelmat
Areaalverlies
Bijkomende kost voor
onderhoud
Risico op verhoogde
pijperosie door gravende
dieren, afgestorven
wortelsystemen
-45-
beperkte extra kosten zonder
rendement op korte termijn
zaaien van hoofdteelt met
ondervrucht vergt aangepast
machines
late inzaai na late oogst van
hoofdteelt in het najaar geeft
minder goed resultaten
omwillen van mestoverschot
zijn vlinderbloemigen niet
wenselijk in de gangbare
landbouw, maar enkel in de
biologische landbouw
Bodemkunde: theorie
Stroomopwaarts capteren en
Areaalverlies
Aanleg van opvangsystemen
Beletten van oppervlakkige afstroming
stockeren van afstromend water
Kostprijs en onderhoud
van water beladen sediment
Bufferend effect bij extreme
Gevaar voor doorbraak bij
Afstromend water infiltreerd en
neerslag: aftopping piekdebieten in
zeer extreme regens
verdampt, sediment bezinkt
de waterlopen stroomafwaarts
Op regelmatige plaatsen aanleg van
Opvang en sedimentatie van
aarden dammen, overstromings of
geerodeerde bodemdeeltjes binnen
bezinkingszones
éénzelfde perceel
Op perceelsniveau (landbouwers) of
per blok van percelen (gemeenten)
Gebruik maken van bestaande
topografie (bv ophogen van een weg
die de vallei dwarst)
Beworteling en de vegetatieve
Areaalverlies
Grasgangen
bedekking zorgen voor een betere
Waar? In natuurlijke drainage lijnen
Moeilijk aan te leggen over
(droge valleitjes, thalwegen) en
percelen van verschillende
structuur en samenhang vd bodem →
wendakkers
eigenaars
deze is zodoende meer bestand tegen
Hier? Risico op vormin van geultjes en
Cultuurtechnisch niet evident
de uitschurende kracht van water
ravijnen het grootst
(meestal niet aan de rand v/e
Vermindering van snelheid en
perceel
Bescherming: bv door het aanleggen
afstromend water →erosieve kracht
van een grasgan of het dichter inzaaien
Bijkomende kost voor aanleg
vh water ↓ en afzetting van
van gewassen in de thalweg
en onderhoud
meegevoerde bodemdeeltjes ↑
Resultaat: verankering vd bodem en
Er mag niet bewerkt worden
Toename vd infiltratie
vermindering vd erosieve kracht v.
parallel met de grasgang
afstromende water verlagen
(gevaar voor ontstaan van
OPM: niet ploegen parallel met de
nevengeulen
grasgang! → nevengeulen kunnen
ontstaan naast de grasgang, zodat het
effect van de grasgang volledig
verloren gaat. Ook geen grachten
aanleggen parallel met de grasgang
Toename vd infiltratiecapaciteit vd
Areaal verlies
Herbebossing en permanent weiland
bodem en dus minder oppervlakkige
______________________
geul- en intergeulerosie: zeer sterk
gereduceerd indien bodem voldoende
afstroming
Extra!!!!
Betere fixatie en structuur vd bodem
Waar voorzien?
bedekt met vegetatie
door beworteling
bij gelijkmatige spreiding van de
Bij voorkeur op sterk
vegetatie (dus niet bij rijgewassen):
Oppervlakte ruwheid bevordert de
hellende percelen of op
sedimentatie
grondbedekking van 30% reduceert
percelen die regelmatig met
geul- en intergeulerosie al met 80%
erosiefenomenen
Interceptie → geen rechtstreekse
t.o.v. onbedekte bodem
geconfronteerd worden
druppel inslag
permanent bedekt houden van bodem
Grasland kan overal
(gras, meerjarige teelten of bos): dus
ingezaaid worden
efficiënte erosie bestrijdingstechniek
Bos dient bij voorkeur
strategische plaatsen:
stroomopwaarts in bekken
potentieel erosiegevoelige percelen
aangelegd worden
percelen stroomafwaarts van een
Aanwezigheid van akkers
hellend gebied waar bodemerosie
stroomopwaarts van
plaatsgrijpt (bv. intensieve akkerbospercelen: aanleiding
of tuinbouw)
geven tot ontstaan van
percelen waarover overmatig veel
bosravijnen → bos is zeer
oppervlakkig water afspoelt (bv.
‘los’ en gemakkelijk
fruitplantages).
uitschuurbaar
Strokenbouw
Contourbewerking
Op aanpalende percelen een verschillend gewas telen
Bewerken vd bodem loodrecht op de hellingsrichting →
Reductie van hellingslengte
vermijden dat door ploegen kleine stroomkanaaltjes
Door afwisseling van teelten met verschillende
worden ‘voorgevormd’
bodembedekkingsgraad en/of bodemruwheid: opvang
De ploegvoren fungeren als kleine dammetjes die water
van geerodeerd sediment
ophouden, waardoor mindersnel afstroming optreedt
Sediment wordt slechts over korte afstand verplaatst
Kan bij hevig regenbuien aanleiding geven tot vorming
van tijdelijke ravijnen in natuurlijk drainagelijnen → kan
thalweg voorzien van grashang
Stijn Vandelanotte
-46-
Bodemkunde: theorie
Andere …
Terassering
Mechanische beheersmaatregel ongeveer volgens de hoogtelijnen aangelegd op hellend land om de hellingslengte te
onderbreken en waar nodig de hellingshoek te verminderen
Doel: grotere water infiltratie of goede waterafvoer zodat erosie binnen aanvaardbare grenzen blijft
Graften
Wat? Langgerekte steilranden ± evenwijdig met de helling = cultuurterrassen
Erosie van bodem aan voet van bos of haag, afzetting aan volgende haag
Wanneer hagen weg gekapt zijn → graften
Onder landbouw → geleidelijk wegeroderen van graften
Ook door graszoden, ploegen, exploitatie → geleidelijk weg eroderen van graften
Holle wegen
Vooral op helling van heuvelige zandleem- en leemstreek
Ontstaan dateert van in de middeleeuwen → karresporen hellinngsafwaarts → compactie en prefentiele waterbeweging →
verticale erosie , geleidelijke uitdieping →depositie materiaal aan voed van helling (colluvium)
Wanneer wegname vegetatie op randen van een holle weg → geleidelijke afvlakking
Soms hole wegen tot 5m diep (muziekbos)
Bodemerosie door wind
Voorkomen?
Vooral in ariede gebieden, Arctische streken → vaak veroorzaakt door mens: overbegrazing, landbouw,
ontbossing
Beinvloedende factoren
Korrelgroote, optimaal 0,1mm
Bodemvocht: bepaalte de cohesie tussen de bodemdeeltjes → vochtgehalte ↑ → cohesie ↑
Ruwheid vd bodem: ruwheid ↑ → Ewind ↓
Terreinlengte: lengte ↑ → Ewind ↑
Transportprocessen
Saltatie → zand van 0,05 – 0,5mm → afstanden tot 100m
(belangrijkste transportproces qua hoeveelheid verplaatst materiaal)
Kruipen (creep) → grofzand en fijn grind → afstanden tot maximum enkele meters
Suspensie → de kleinste bodemdeeltjes (<0,05mm) → afstanden van duizenden km
Gevolgen van winderosie en sedimentatie
In actief eroderend gebied: zowel fysische als chemische bodemvruchtbaarheid ↓ en bodemstructuur verslechterd en
ook zal het vochthoudende vermogen afnemen
In sommige streken kan het geerodeerde materiaal sedimenteren → positieve bijdrage tot bodemvruchtbaarheid.
Bv herstel vd chemische bodemvruchtbaarheid bij zwerflandbouw en door bodembedekkers in de gewasrotatie
op te nemen, gedeeltelijk te danken aan het invangen van deeltjes uit naastgelegen landbouwgronden
Sedimentatie kan ook nadelig zijn als het zich afzet op ongunstige plaatsen
Bv zorgen voor duinvorming op akkers of op wegen
Bv door vol stuiven van irrigatiekanalen, drainage systemen en gebouwen vol met zand
Gevolgen van winderosie en sedimentatie
windschermen (zeilen, vlechtwerk, hagen, bomenrijen, zonnebloemen
doel: verhogen bodemruwheid → windsnelheid ↓ → erosie ↓
irrigatie → verhogen vh bodemvocht
grofploegen → verhogen vd ruwheid vh oppervlak
ploegen loodrecht op de windrichting → verhogen vd ruwheid
korte braakperiode
kleine oppervlakken: verkorting terreinlengte
stripcropping: gewassen met verschillende lengte
In België: actieve winderosie? Vooral aan de kust → fixatie duinen door beplanting en windschermen
Stijn Vandelanotte
-47-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 14bis: Ontstaan van reliefsvormen
Massabewegingen (denudatie)
Massabeweging? Transport langs hellingen zonder tussenkomst van rivieren, wind, gletsjers
Functie van water?
Vallen, glijden, kruipen, vloeien, afspoelen
Wanneer er hang+capillair water aanwezig is → hogere oppervlakte spanning → meer stabiliteit
Bij veel regen: porien verzadigd → oppervlaktespanning ↓ → beweging
In combinatie met opwaartse waterstroom (bron) → geen onderlinge samenhang → korrels gaan drijven,
glijden, vloeien (drijfzand)
Opm: liquefactie: onderlinge samenhang kan ook verloren gaan door trillingen of schokken → poriengehalte ↑
→ sediment gedraagt zich als vloeistof → massa beweging zonder water
Helling
Stabiel: de verplaatsing gebeurt traag, geleidelijk, doorlopen ⇒ weinig schade
Labiel: grotere snelheid, grote hoeveelheden materiaal, veel schade
Stabiliteit vd helling is afhankelijk van:
Hellingsgraad
♦ Kliffen
♦ Gewichtophelling = stijgende hellingsgraad = meer erosie
Materiaal
♦ Hard, zacht, permeabel,
♦ Aanwezigheid van laagvlakken, breuken
Langzame denudatie
Creep
Bovenste 2 m
Oorzaak? Vorst en dooi (periglaciaal), deeltjes loodrecht op helling bij vorst, dalen loodrecht (gravitati) bij dooi
Gevolgen? Nettoneerwaartse verplaatsing tot enkele cm/jaar
Bomen en structuren hellen over hellingafwaarts
Earthflow: door verzadiging met water, langzame beweging vd bodem
Sollifluctie: beweging vd bodem langs de helling boven op een permafrost, veel voorkomend verschijnsel in
pericglaciale omstandigheden (bv ardennen) ⇒ vorming van stenig leem
Snelle denudatie
Meestal in harde gesteenten met grote samenhang en grote wrijvingsweerstand
Steenslag:
Vallende stenen, meestal afzonderlijk (geen onderlinge invloed)
Aan voet: puintalud met αe = 27-43°
Bergstorting
Grote gesteentemassa komt los langs diaklaas, breuk
Breekt in kleinere stukken naar beneden
Lawine
Tussen kleinere stukken: wanneer veel stof + gruis + lucht
Vorming van een luchtkussen → aërosol
Lawine kan snelheden halen groter dan 100km/h
Mudflow:
is hetzelfde als earthflow maar
dan wanneer er een snelle
denudatie is
slump
gesteente en sediment los
langsheen lepelvormig
breukvlak
glijdt als 1 laag omlaag
vormt evenwijdige glijvlakken:
trapvormige schollen
bovenaan nis
lahars: mudflows in vulkanisch
gebied wanneer vulkanische as
overzadigd met water begint
vloeien
Stijn Vandelanotte
-48-
Download
Random flashcards
Create flashcards