waterstandsregime door bevloeiing?
8.3 Kunnen basenrijke condities hersteld worden door langdurige bevloeiing met
oppervlaktewater?
Infiltratie van basenrijk oppervlaktewater
De basische kationen in het bevloeiingswater zijn voornamelijk aanwezig als opgeloste stoffen (vooral Ca en Na, daarnaast ook Mg en K). Bicarbonaat en deze kationen kunnen alleen de bodem bereiken als het bevloeiingswater infiltreert. Uit de metingen van potentiaalverschillen in ondiepe filters en uit de stijging van de tracer chloride blijkt dat het bevloeiingswater gedurende
het experiment de bodem indrong. De ontwikkeling van andere tamelijk inerte stoffen als natrium en kalium laten dit ook zien. Hoewel kwel en infiltratie elkaar afwisselden, kon het bevloeiingswater op de meeste locaties 1 tot 2 m diep de bodem indringen. Op één meetlocatie (PB3) waar gedurende een groot deel van de tijd kwel optrad, kon het bevloeiingswater ook nog de toplaag indringen.
Zuur- en basenhouding
Voor de duurzaamheid van basenrijke condities is het belangrijk om
onderscheid te maken in ontwikkeling buffercapaciteit tegen verzuring en de verzuringscapaciteit van de bodem. De buffercapaciteit wordt vooral bepaald door de basenverzadiging van het kationenadsobtiecomplex op het organisch materiaal en de verzuringscapaciteit door oxideerbaar ijzer en sulfiden.
Basenhuishouding bij niet plaggen
De basenbezetting (uitgedrukt in de ratio basische kationen/ organisch stof) in de ectorganische laag en de toplaag van de minerale laag van de niet geplagde plots is duidelijk toegenomen door infiltratie van basenrijk bevloeiingswater (figuur 21). De oplading van het adsorbtiecomplex vond voornamelijk plaats door calcium. Hoewel in het bevloeiingswater het natriumgehalte ook een hoge concentratie had, wordt het tweewaardige calcium gemakkelijker geadsorbeerd dan het eenwaardige natrium. De sterkste toename trad op bij 6 maanden bevloeiing. De toename van de basenverzadiging in de toplaag van het minerale profiel van de niet geplagde plots bij 6 maanden bevloeien werd zowel veroorzaakt door een toename van de voorraad basische kationen als door een afname van de voorraad
organisch stof. Door afbraak verdween een deel van de
kationadsorbtiecapaciteit en desorbeerden kationen. Het desorberen van calcium leidde tot een verhoging van de calciumconcentratie in het
bodemvocht. Dieper in het minerale profiel trad geen sterke stijging van de basenvoorraad en basenbezetting op. De reden hiervoor is dat het meeste calcium en ook magnesium in het geïnfiltreerde bevloeiingswater in de toplaag van de bodem werden geadsorbeerd. Dit blijkt ook uit de diepteprofielen van calcium en magnesium in het grondwater tijdens de bevloeiing in het voorjaar van 2008 en 2009 (figuur 8). In de bovenste minifilter waren de concentraties van Ca en Mg sterk verlaagd ten opzichte die in het bevloeiingswater. Voor de
adsorbtie van calcium en magnesium werd H+ uitgewisseld. Dit reageerde met
bicarbonaat en zorgde voor lage bicarbonaatgehaltes in de bovenste filter. Deze metingen geven aan dat de basische kationen calcium en magnesium in sterke mate bovenin het profiel werden opgenomen op het
kationadsorbtiecomplex. In feite vond er vrijwel maximale kationuitwisseling plaats. Dit proces werd ook niet sterk beperkt door het gebrek aan een
protonacceptor omdat het bevloeiingswater een hoog gehalte aan bicarbonaat had en door reductie van ijzer en sulfaat in de toplaag extra bicarbonaat werd gevormd.
Invloed van bevloeiingsduur op herstel van de basenhuishouding
De snelheid van oplading wordt bepaald door de flux van basische kationen vanuit de waterlaag naar de bodem. Dit is ook de reden dat bij 6 maanden bevloeien de basenvoorraad en de basenbezetting meer is toegenomen dan bij 3 maanden bevloeien. Wanneer de trends van de basenverzadiging worden doorgetrokken dan zal in de ectorganische laag bij 6 maanden bevloeien over 15-16 jaar na 2009 een hoge basenbezetting van 0,8 bereiken. Bij 3 maanden bevloeien duurt dat ca. 25-36 jaar.
Basenhuishouding geplagde plots
Opmerkelijk is dat in de minerale toplaag van de geplagde plots geen toename van de basenvoorraad en basenbezetting heeft plaatsgevonden. Hiervoor is geen verklaring. De basenbezetting is hier wel hoger dan in de toplaag van de niet geplagde plots, omdat in de geplagde plots door het verwijderen van de toplaag een basenrijkere bodemlaag is gaan dagzomen.
Verzuringscapaciteit
Door de toename van de voorraad van gereduceerd ijzer en ijzersulfiden nam de verzuringscapaciteit bodem van de bodem toe. Deze verzuringscapaciteit wordt alleen aangesproken wanneer de bodem door droogval kan oxideren. Dit effect was merkbaar aan de pH en het bicarbonaatgehalte van het
grondwater in de toplaag in het najaar van 2008 en 2009. Door het uitzakken van de grondwaterstand daalden toen de pH en het bicarbonaatgehalte op drie van vier meetlocaties (figuur 8). De vraag is of door de anaerobie en toevoer van sulfaat meer verzuringscapaciteit is ontstaan dan extra buffercapaciteit door toename van de basenvoorraad. De ratio van S- totaal/(Ca-totaal+Mg-totaal) blijft in de toplaag onder de waarde van 0,66. Onder deze waarde kunnen broekbosbodems door droogval niet sterk verzuren (Lucassen et al. 2002). De hoeveelheid zuurbufferende stoffen (in het experiment vooral basische kationen op het adsorbtiecomplex) was groter dan de hoeveelheid zuur die door oxideerbare stoffen kan worden gevormd. Door de verhouding van basische kationen en sulfaat in het bevloeiingswater werd 4 tot 5 keer zoveel zuurbuffercapaciteit opgebouwd dan
verzuringscapaciteit.
Ontwikkeling van de zuurgraad
Goed ontwikkelde vormen van het Gewoon elzenbroek hebben in de toplaag
(0-5 cm) een bodemzuurgraad van pHKCl 3.5-6.0 en pHKCl 4.5-6.5 (Stordelder
et al., 1998). In de nulsituatie was de zuurgraad van de toplaag in de niet
geplagde delen te laag (gemiddelde pHH2O 3.59, pHKCl 3.14). In 2009 was de
pH van de toplaag sterk gestegen (gemiddelde pHH2O 5.20, pHKCl 4.37) en dus
verschoven in het bereik van het Gewoon elzenbroek. De bodemzuurgraad steeg in alle behandelcombinaties en tot op een diepte van 75 cm onder maaiveld (figuur 16). De grootste zuurgraadstijging trad op in de toplaag en hierdoor vlakte het voor zuurgraad sterk gestratificeerde profiel van de nulsituatie sterk af (figuur 15). De zuurgraad van de bodem steeg door twee processen. Ten eerste werd door reductie van ijzer(oxi)hydroxiden en sulfaat organisch materiaal anaeroob afgebroken en werd alkaliniteit gevormd. Een hogere alkaliniteit leidde tot een hogere pH. In het grondwater van de toplaag is deze stijging snel opgetreden met de vernatting in 2006. De invloed blijkt
ook uit de relaties tussen enerzijds pHH2O, pHKCl en anderzijds de ratio van
basische kationen/ organisch stof. In 2009 liggen de regressiecurven bij eenzelfde basenrijkdom op een hoger pH-niveau dan in 2005 (figuur 20). Ten tweede steeg de bodem-pH door toename van de basenverzadiging. De ratio van basische kationen/ organisch stof in de ectorganische laag van niet geplagde plots steeg juist in een bereik waar dit tot sterke stijging van de bodem-pH leidt (figuur 20). In het experiment hebben dus zowel anaerobe omstandigheden door vernatting als aanvoer van basische kationen door bevloeiing geleid tot een stijging van de bodem-pH.