Niet technische samenvatting van studie bodemchemie en

Niet technische samenvatting van studie bodemchemie en hydrologie.
Bodemchemie
Natuurontwikkeling:
Welke natuur op een bepaalde locatie kan ontwikkeld worden wordt voornamelijk bepaald door
het historische landgebruik (beheer), de bodemsoort (bodemtype), de grondwaterstanden
(hydrologische situatie).
Omvorming van landbouwgronden naar schrale soortenrijke graslanden
In een natuurlijke situatie is de hoeveelheid voedingsstoffen die in de bodem voor planten
beschikbaar is, van nature zeer laag. Natuurlijke schrale (voedselarme) graslanden, waar
veel (zeldzame) plantensoorten voorkomen, vinden we dan ook hoofdzakelijk daar waar in het
verleden geen of in beperkte mate (door bemesting) voedingstoffen in de bodem werden
aangevoerd.
Jarenlange bemesting van landbouwgronden heeft er voor gezorgd dat in deze bodems
grote hoeveelheden voedingsstoffen (meststoffen) aanwezig zijn.. Doordat er jaarlijks meer
voedingsstoffen werden opgebracht dan er met het gewas konden worden afgevoerd, hebben
deze voedingsstoffen zich in de bodem opgehoopt. Als men op deze gronden opnieuw
schrale voedselarme vegetaties tot ontwikkeling wil laten komen is het duidelijk dat de
hoeveelheid voedingsstoffen in de bodem teruggedrongen dienen te worden.
Volgens de laatste inzichten is het voornamelijk de hoeveelheid fosfor (P) die in de bodem
als voedingsstof voor planten beschikbaar is, die bepalend is voor de ontwikkeling van
soortenrijke, voedselarme vegetaties. Dit kunnen we illustreren met onderstaande figuur
(uit Ceulemans T. et al, 2009). Op gronden waar weinig voor planten beschikbaar fosfaat in
de bodem aanwezig is, komen meer soorten voor dan op gronden waar hogere waarden fosfor
aanwezig zijn.
Figuur 1: Relatie tussen het aantal plantensoorten in verhouding tot de hoeveelheid voor planten
beschikbaar fosfor in de bodem. Hoe minder voor planten beschikbaar fosfor in de bodem hoe meer
soorten worden aangetroffen (uit Ceulemans et al, 2009).
Ontwikkeling van schrale soortenrijke graslanden kan dus enkel gebeuren wanneer het voor
planten beschikbare fosfaat laag genoeg is. Een paar keer hebben we al de term “voor planten
beschikbaar fosfaat” aangehaald. Hier gaan we even dieper in op de verschillende vormen
van fosfor in de bodem.
Fosfor in de bodem:
Fosfor komt in twee verschillende vormen in de bodem voor; in organische (van dierlijke
of plantaardige oorsprong) en anorganische vorm (fosfaat; minerale vorm). Het is de
anorganische vorm die voor planten beschikbaar is en die als voedingsstof uit de bodem
kunnen opnemen. Organisch fosfaat kan via mineralisatie omgezet worden naar anorganisch
fosfaat.
In grote lijnen is anorganisch fosfaat in twee verschillende vormen in de bodem aanwezig.
In de eerste plaats direct voor planten beschikbaar fosfor onder de vorm van fosfaat (bv.
vaak uitgedrukt in hoeveelheid P2O5). Deze vorm van fosfor is gemakkelijk voor planten
beschikbaar. Daarnaast komt fosfor ook voor gebonden aan metalen (bv ijzer, aluminium)
of kationen (bv calcium). Deze vormen van fosfor zijn sterk gebonden en zijn niet direct
beschikbaar voor planten en niet oplosbaar in water. Hoe meer ijzer en aluminium in de
bodem hoe meer fosfaat hieraan kan binden wat ook een invloed zal hebben op de
hoeveelheid van fosfaat die voor planten beschikbaar is.
We zullen dit voorstellen aan de hand van een voorbeeldje. Neem nu twee bodems met een
zelfde hoeveelheid fosfor in de bodem. De ene met weinig ijzer en aluminium, de andere met
veel ijzer en aluminium. In het eerste geval zal fosfaat voornamelijk aanwezig zijn als vrij
fosfaat in de bodem, oplosbaar in water en voor planten beschikbaar. In het tweede geval zal
meer fosfaat gebonden zijn aan ijzer en aluminium. Aangezien fosfaat in deze vorm sterk
gebonden is en slechts beperkt beschikbaar is voor planten is er in de bodem minder
plantenbeschikbaar fosfaat aanwezig in de bodem.
Figuur 2: Schematische weergave van voor planten vrij beschikbaar fosfaat in twee verschillende situaties;
een bodem met een lage concentratie en een bodem met een hoge concentratie aan ijzer en aluminium. De
totale hoeveelheid fosfaat is gelijk maar in de bodem met weinig ijzer en aluminium (links) is er meer vrij,
voor planten beschikbaar fosfaat aanwezig.
Van wat we al weten uit Figuur 1 kunnen we verwachten dat in de situatie met weinig ijzer en
aluminium (Error! Reference source not found.: links) minder plantensoorten zullen
aangetroffen worden dan waar meer ijzer en aluminium in de bodem aanwezig is (Error!
Reference source not found.: rechts).
Even samenvatten van wat we tot nu toe weten:




van nature is de hoeveelheid van fosfor in de bodem in regel laag
hoe meer voor planten beschikbaar fosfor in de bodem, hoe minder plantensoorten
worden aangetroffen;
niet al het fosfor in de bodem is beschikbaar voor planten;
fosfor kan gebonden zijn aan ijzer of aluminium, waardoor het slecht beschikbaar is
voor planten;
Fosfor aan ijzer en aluminium gebonden - fosfaatverzadiging
In figuur 2 heb je misschien gemerkt dat niet al de ijzer en aluminium partikeltjes gebonden
zijn aan fosfor. Dit komt omdat de binding van fosfor aan ijzer en aluminium een soort
“chemische evenwichtsreactie” is waarin slechts een maximum van het aanwezige ijzer en
aluminium partikeltjes bezet kan worden met fosfor. Dit maximum noemt man het
“adsorptiemaximum” We kunnen dit uitleggen aan de hand van volgende grafiek. Veronderstel
een bodem met een bepaalde hoeveelheid ijzer (Fe) en aluminium (Al). Wanneer we aan de
bodem fosfaten toevoegen zal een deel van deze fosfaten binden aan de Fe en Al. In het
begin zal in verhouding tot het toegevoegde fosfaat veel fosfaat binden. In onderstaande
voorbeeld (fictief) zal bij 50 mg fosfaat in de bodemoplossing ongeveer reeds 40 % van het
aanwezige Fe en Al gebonden zijn aan fosfor. Men zegt dan dat er een
fosfaatverzadigingsindex van 0,4 of 40 % is bereikt. Wanneer we nu fosfaten toevoegen zal
fosfaat aan Fe en Al binden tot er weer een evenwicht is bereikt. Indien na het nieuwe
evenwicht bijvoorbeeld 100 mg fosfaat aanwezig is in de bodemoplossing, zal er (in dit
voorbeeld) slechts 5% extra van de totaal aanwezige Fe en Al gebonden zijn. Maximaal wordt
kan ongeveer 50 % van de hoeveelheid Fe en Al aanwezig in de bodem gebonden worden
aan fosfaat. Dit noemt men het adsorptiemaximum.
Figuur 3: Relatie tussen fosfaatverzadigingsgraad en hoeveelheid fosfor in het bodemvocht. Er zal in dit
voorbeeld ongeveer 50 % van het aanwezige Fe en Al (hydroxide) kunnen binden met fosfaat.
Een specifieke eigenschap van deze chemische reacties is dat de eerste fosfaatverbindingen
die gelegd worden met Fe en Al heel sterk zijn. Naarmate er meer fosfaat gebonden wordt zal
de bindingsterkte van nieuwe verbindingen lager zijn. Daarom kan men spreken van een
moeilijk oplosbare fractie fosfaat die sterk gebonden is en als het ware voorgoed vastgelegd
is. Daarnaast zal er bij een toenemende fosfaatverzadiging een groter aandeel zwak
gebonden fosfaat aanwezig zijn. Wanneer het fosfaat in het bodemvocht zal afnemen,
bijvoorbeeld doordat het afgevoerd wordt met het gewas, dan kan de zwak gebonden fractie
in het bodemvocht terecht komen en aldus beschikbaar zijn voor planten. Op die manier kan
het voor planten beschikbaar fosfaat toenemen en dit zonder bijkomende fosfaatbemesting.
Dit fenomeen noemt men “de nalevering” van fosfaat.
De bindingssterkte van Fe en Al (hydr)oxiden is daarenboven afhankelijk van de zuurtegraad
van de bodem. Hoe zuurder de bodem hoe lager de adsorptiecapaciteit van Fe en Al
(hydr)oxiden. Indien in een bodem veel fosfaat gebonden is aan Fe en Al kan wanneer de
bodem zuurder wordt een groter aandeel gebonden fosfaat vrijgesteld worden en voor planten
beschikbaar worden. Met andere woorden hoe zuurder de bodem hoe groter de “potentiële
nalevering” vanuit de labiele fractie.
Even samenvatten van wat we tot nu toe weten:




van nature is de hoeveelheid van fosfor in de bodem in regel laag
hoe meer voor planten beschikbaar fosfor in de bodem, hoe minder plantensoorten
worden aangetroffen;
niet al het fosfor in de bodem is beschikbaar voor planten;
fosfor kan gebonden zijn aan ijzer of aluminium, waardoor het slecht beschikbaar is
voor planten;








de fosfaatverzadigingsgraad geeft het aandeel weer van het aan fosfaat gebonden ijzer
en aluminium t.o.v. de totale hoeveelheid ijzer en aluminium in de bodem;
er kan ongeveer een fosfaatverzadigingsgraad bereikt worden van 50%, het
adsorptiemaximum;
met andere woorden slechts de helft van het aanwezige ijzer en aluminium kan binden
aan fosfaat;
een deel van het aan ijzer en aluminium gebonden fosfaat is sterk gebonden;
indien de fosfaatverzadigingsgraad toeneemt zal de bindingssterkte van nieuwe
verbindingen zwakker worden;
deze zwak gebonden fosfaten, of labiele fractie, kan terug beschikbaar worden voor
planten.
dit fenomeen noemt me de “nalevering” van fosfaat;
de zuurtegraad van de bodem heeft een invloed op de bindingssterkte van aan Fe en
Al gebonden fosfor, hoe zuurder hoe zwakker de binding
Hoe kunnen we nu de fosfaattoestand van een bodem bepalen?
Om nu de fosfaat toestand te gebruiken om inzicht te krijgen in mogelijkheden tot natuurherstel
zullen we het vorige in de praktijk brengen. Om de kansen voor natuurontwikkeling aan te
duiden moeten we eerst weten hoeveel fosfaat er in de bodem aanwezig. Daarenboven
dienen we te weten hoeveel van de verschillende vormen fosfaat in de bodem aanwezig zijn.
Er zijn dus drie vormen van fosfaat die ons iets kunnen vertellen;
-
Het direct planten beschikbaar fosfaat: wateroplosbaar fosfaat.
Het planten beschikbaar fosfaat – dus ook het fosfaat dat nageleverd kan worden.
De fosfaatverzadigingsgraad (PSI), P-ox, Fe-ox, Al-ox
Wateroplosbaar fosfaat (Pw)
Pw (mgP2O5/L grond)
Pw < 5
5 < Pw < 10
10 < Pw < 20
20 < Pw < 30
Pw > 30
Beoordeling Voedingstoestand
Voedselarm – zeer schraal
Schraal
Licht voedselrijk
Matig voedselrijk
Voedselrijk
Fosfaatverzadigingsgraad (PSI)
PSI (mgP2O5/L grond)
PSI < 0.06
0,06 < PSI < 0,12
0,12 < PSI < 0,18
0,18 < PSI < 0,24
PSI > 0,24
Pw: wateroplosbaar fosfaat
Beoordeling Voedingstoestand
Voedselarm – zeer schraal
Schraal
Licht voedselrijk
Matig voedselrijk
Voedselrijk
Wateroplosbaar fosfaat (direct plantenbeschikbaar fosfaat ) Pw, totaal planten beschikbaar
fosfaat (rekening houdend met labiele fractie) Polsen en Pal, aan Fe- en Al-hydr(oxide)
gebonden fosfaat Pox, uit deze laatste kunnen we ook de PSI bepalen.
Referenties
REF: Ceulemans T., Hens M., Honnay O. & Merckx R. 2009. Nutrient availability and species richness in low-productive, speciesrich grasslands. Natuur.focus 8(3): 90-95. [in Dutch]