Droge heide Natte heide Droge heide
15 m * 15 m, OBN 5 m * 5 m, OBN 10 m * 10 m, Prov. Noord-
Brabant
Controle
- - -Biolit 100 µm
10 ton/ha 10 ton/ha 10 ton/haBiolit 200 µm
- - 10 ton/haVulkatec/Lavagruis
- - 15 ton/haLurgi/Portanef 500 µm
10 ton/ha 10 ton/ha 10 ton/haDolokal 5% Mg
4 ton/ha 4 ton/ha -Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 51 Figuur 3.4. Proefvlakken op de natte locatie (Deelense Veld) al of niet behandeld met steenmeel.
Figure 3.4. Experimental plots at the wet site at the Veluwe, some treated with rockpowder.
Figuur 3.5. Links een proefvlak op Strabrecht vlak na het toedienen van het steenmeel op 24 november 2014. Rechts: het steenmeel wordt handmatig opgebracht.
Figure 3.5. Experimental plot at Strabrecht after rock powder addition (left) and the addition of rockpowder by hand at 24th of November 2014 (right).
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 52 Na het opbrengen van de behandelingen zijn de ontwikkelingen in de
bodemchemie, plantchemie, vegetatie-samenstelling en fauna gevolgd vanaf
voorjaar 2015 tot eind 2017. Welke metingen zijn uitgevoerd, staat weergegeven in Tabel 3.2.
In ieder proefvlak werd de samenstelling van de vegetatie beschreven, de bodemchemie gemeten en de chemie van de dominante heide en grassoort
bepaald. In de droge proeflocatie van het OBN-experiment werd ook Schapenzuring bemonsterd. In dit project is namelijk naast de veldmetingen ook een kweekproef uitgevoerd met Vuurvlinders (zie H9). Om de gegevens uit de kweekproeven te kunnen relateren aan de veldsituatie werd de waardplant van de vlinders (zuring) in het veld verzameld en de chemische samenstelling gemeten. De methodieken van de verschillende bemonsteringen zijn in ieder betreffend hoofdstuk beschreven.
Tabel 3.2. Uitgevoerde metingen in de experimenten. Wanneer er geen jaartal achter staat, zijn de metingen jaarlijks uitgevoerd. Wanneer er wel een jaartal wordt genoemd, betekent dit dat deze specifieke metingen alleen in de betreffende jaren zijn uitgevoerd.
Table 3.2. Measurements taken in the experimental plots. When no year is mentioned, the measurements were taken every year.
NP Hoge Veluwe Strabrecht
Bodemchemie
Organisch stof en massavolume pH, uitwisselbare basische kationen (Ca, K, Mg) en stikstof (NH4 en NO3)
Uitwisselbaar Al
Plantbeschikbaar fosfaat Totaal-gehaltes Ca, K, Mg, P CEC en basenverzadiging
Organisch stof en massavolume pH, uitwisselbare basische kationen (Ca, K, Mg) en stikstof (NH4 en NO3) Uitwisselbaar Al Plantbeschikbaar fosfaat Totaal-gehaltes Ca, K, Mg, P CEC en basenverzadiging Vegetatie
Plantchemie heide, gras en schapenzuring Samenstelling vegetatie Plantchemie Struikheide en Pijpenstrootje Samenstelling vegetatie Fauna
Proef effecten verzuring en steenmeel op Vuurvlinders (2015 + 2016)
Effectmeting Diptera (2017)
Faunadichtheid sleepnet Loopkevers (2016)
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 53
4 Resultaten mineralogie
Inleiding
4.1.1 Aanpak vaststelling cumulatieve verwering sinds de laatste ijstijd
Om een indruk te krijgen wat de verzuring voor gevolgen heeft gehad voor de mineralogie in de onderzoeksgebieden zijn monsters genomen bij de proefvlakken in de voor het onderzoek geselecteerde heidegebieden. Om een meer volledig beeld voor het Nederlandse zandgebied te verkrijgen zijn ook in Drenthe, onderdeel van het noordelijke zandgebied, monsters genomen. In elk gebied (NP Hoge Veluwe Gelderland, Dwingelderveld Drenthe, Strabrechtse Heide Noord-Brabant) zijn profielopnamen gestoken met een guts tot ongeveer 80 centimeter diep waarna om de 5 cm een chemische scan werd uitgevoerd met een portable of hand-held XRF (HH-XRF). De metingen met de XRF zijn indicatief en bedoeld om patronen in de profielen naar voren te halen. Er worden in het rapport geen tabellen van gegeven. Voor het deel van het profiel waar de verwering over wordt berekend is het van belang dat er geen chemische discontinuïteit wordt waargenomen. In dat geval wordt aangenomen dat top en onderkant van het (deel) profiel dezelfde geologische oorsprong hebben. Dergelijke continue (deel)profielen zijn geschikt om de mate van minerale verwering te bepalen. Deze monsters van de top en onderkant van een verweringsprofiel zijn vervolgens mineralogisch (QEMSCAN), bulkchemisch (lab-XRF) en op sporenelementen (ICP-MS) geanalyseerd. Door vergelijk van de chemische- en mineralogische analyses en data van verzurende depositie uit de literatuur is geschat wat de antropogene bijdrage aan de verwering van de bodemmineralen is geweest. Aan de hand van de chemische en kwantitatieve minerale verschillen tussen top- en onderlaag in de bodem is een theoretisch
steenmeel uitgerekend. Aan de hand van dit theoretisch bepaalde steenmeel is voor de gebieden het NP Hoge Veluwe en Strabrechtse Heide een zo goed mogelijk passend steenmeel uitgezocht. Bij deze selectie zijn, in nauwe samenwerking met de mijnindustrie en mineraalhandel, ook niet commercieel verkrijgbare
steenmeelsoorten betrokken.
4.1.2 Welk steenmeel is geschikt voor natuurbeheer?
Steenmeel voor natuurbeheer moet aan andere eisen voldoen dan steenmeel voor de landbouw. Waar in de landbouw gekeken wordt naar snelle levering van
nutriënten vanuit het steenmeel is het voor natuurbeheer vooral van belang dat het steenmeel vooral lang blijft werken en geen heftige responsen veroorzaakt (zoals bij hoge kalkgiften). Kortwerkende steenmeelsoorten (die bijvoorbeeld een groot aandeel zeoliet bevatten) worden in het onderzoek niet meegenomen, omdat deze zeer snel uitgewerkt raken en we langdurig herstel nastreven. Ook dient het steenmeel de nutriëntenbalans zo breed mogelijk te herstellen en geen nieuwe onbalans te veroorzaken. Dit sluit toepassing van monomineraal steenmeel zoals duniet uit.
Daarnaast is het voor natuurbeheer van belang dat het steenmeel goed toegediend kan worden. Steenmeel voor de landbouw is zeer fijn (<65µm) en gevoelig voor verstuiving. Daarom wordt steenmeel in de landbouw opgebracht met een kalkstrooier met zijflappen. Op vrijwel alle natuurterreinen is het onmogelijk om met dergelijke machines te werken. Andere verspreidingstechnieken hebben het nadeel dat het steenmeel misschien niet gelijkmatig verdeeld wordt waardoor er een risico is op de vorming van een harde laag. Het is daarom zinvol om te zoeken naar steenmeelsoorten die minder stuifgevoelig zijn (grofkorreliger) maar toch reactief genoeg om de bodem meetbaar te verbeteren.
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 54
Methoden
4.2.1 Monstername en analyse Monstername
De monsters voor de mineralogische bepaling werden genomen met een guts van 1
m lengte. Voor monstername werd 0.25 m2 oppervlakkige begroeiing weggehaald.
Om samendrukken van het profiel of verlies van het onderste monstermateriaal te voorkomen werd het profiel waar nodig in twee keer gestoken. Het profiel werd schoongemaakt met een monsternamemes en vervolgens werd per 5 cm materiaal verzameld in 60 ml polypropylene monsterpotjes met schroefdop. Tijdens het veldwerk werden van gutsprofiel en omgeving foto’s gemaakt. De monsters werden vervolgens 48 uur gedroogd bij 60°C.
Verkennende analyse boorkern
De gedroogde monsters werden handmatig gemalen om de aggregaten los te maken en vervolgens gezeefd over 2 mm. Van het gezeefde materiaal werd ± 6 gram van de < 400µm fractie overgebracht in een 2,5 cm Ø sample cup met 6.0 µ polypropylene venster. Meting van de bulkchemie werd uitgevoerd met een Niton XL3t GOLDD+ met de volgende filterinstellingen:
- Main range (Fe, Zr, Sr, Rb) 30 seconden
- Low range (Ti, Ca, K) 30 seconden
- High range (Ba) 30 seconden
- Light range (Al, Si) 90 seconden
De HH-XRF meet met deze instellingen 34 elementen maar alleen de hierboven genoemde elementen zijn gebruikt voor het onderzoek. De Niton XL3t GOLDD+ wordt in het mineralogisch onderzoek ingezet om een eerste indruk te krijgen van de algemene chemie en geochemische processen die zich in het profiel hebben afgespeeld. Voor de calibratie werden aan het begin en eind van de meetdag standaarden gemeten. Voor de monsters van de Strabrechtse Heide waren dit Pure SiO2, ISE 921, ISE 951, ISE 952, ISE 964, ISE 965, ISE 958, ISE989, en ISE 998. Voor alle ander monsters zijn Pure SiO2, NIST 2780, NIST 2702, SARM46, ISE 952 en ISE 998 gebruikt. Van alle monstercupjes zijn foto’s gemaakt voor in het archief. De metingen met de HH-XRF zijn indicatief, er worden om die reden geen tabellen van gerapporteerd.
Vervolgananalyses bulk-, sporenelementen en mineralogie
Voor zowel een nauwkeuriger en uitgebreider chemische analyse als de
mineralogische bepaling werden aan de hand van de diepteprofielen deelmonsters geselecteerd voor vervolganalyse. Per profiel zijn meestal drie monsters
geselecteerd. Voor de Strabrechtse Heide zijn dit 1 uit de A/E-horizont, 1 uit de B- horizont en 1 uit de C-horizont. Bij de Strabrechtse Heide is elke kern afzonderlijk gemeten. Voor de Hoge Veluwe, waar met het oog en met de HH-XRF geen
duidelijke inspoelingshorizont werd waargenomen werden voor de plots op de droge (Oud Reemsterveld) en natte heide (Deelense Veld) de A/E-horizont, de C-horizont en de onderliggende mineraal afwijkende laag (C2-horizont) geanalyseerd. Van een selectie van 3 van de 6 de boorkernen van het Oud Reemsterveld met de langste en duidelijkste verweringsprofielen van A/E tot C en 3 van de 3 boorkernen van het Deelense Veld zijn van A/E-horizont en C-horizont over 15 cm mengmonsters gemaakt. De C2 horizont is voor het Oud Reemsterveld en het Deelensche veld afkomstig uit 1 kern. Van 1 boorkern het Dwingelderveld zijn respectievelijk een mengmonster van de E- en van de C- horizont gemaakt. Er is afgeweken van de aanpak in Brabant om extra analyses te kunnen uitvoeren om inzicht te krijgen in de verdeling van kationen tussen de uitwisselbare fractie en de organische stof enerzijds en de silicaatmineralen anderzijds. Hiervoor is een extra extractie met Na- pyrofosfaat uitgevoerd en geanalyseerd op de ICP-MS (Bijlage 2). Hierdoor wordt vermeden dat bij hoge opbouw van organische stof in de toplaag een deel van de organisch gebonden en uitwisselbare kalium, calcium en magnesium ten onrechte bij de niet verweerde mineralen zou worden opgeteld. Het nadeel van de
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 55 pyrofosfaat extractie methode is dat de detectielimiet van Ca erg hoog ligt (500 ppm) en dat deze daardoor onbruikbaar is. Voor de overige elementen lijkt er geen duidelijke correlatie te bestaan tussen gehalte aan organische stof (LOI) en de extraheerbare fractie. Alleen voor ijzer is de extraheerbare fractie in de toplaag groter dan onderin het profiel, maar dat geld ook voor het totaalgehalte. Bij
Aluminium is dit omgekeerd. Vooralsnog lijkt de pyrofosfaat loging geen significante bijdrage te leveren aan het scherp krijgen van de verwering in de bodem aan de hand van totaalgehalten.
Voor de chemische analyse van hoofd- en sporenelementen werden de
(samengestelde) monsters deels gemalen tot doorval 95% op 74µm. Vervolgens werden voor alle monsters de volgende analyses uitgevoerd:
- ICP-MS na totaalontsluiting met HCl, HNO3, HClO4 en HF. - XRF whole rock analysis in lithiumboraatparel
Het overige deel wordt zonder malen gezeefd op 200µm en mineralogisch geanalyseerd op de QEMSCAN. QEMSCAN is een techniek waarbij op een
geprepareerd slijpplaatje de chemie van elke korrel apart per µm2 gemeten wordt. Mineralen worden gedetermineerd door de chemische bepaling met een database te vergelijken. De voordelen van deze techniek t.o.v. klassieke mineraal determinatie zijn dat er meer korrels (30.000 i.p.v 100-200) gemeten worden, dat de gehele fractie van 0-200 µm geanalyseerd wordt en dat geen mineralen verdwijnen door de voorbehandeling met zuur.
4.2.2 Waarom is voor QEMSCAN gekozen boven klassieke mineraal determinatie en analysemethoden?
Problemen bij de bepaling van de mineralogie van de bodemmineralen.
De minerale fractie verantwoordelijk voor de levering van essentiële
sporennutriënten en enkele hoofdnutriënten (P, Mg, Ca) in zandbodems is slechts 1,5 tot 2,0 % groot. Dit is de fractie die naar verwachting het meest heeft geleden onder de verzuring. Chemische en mineralogische analyse van deze fractie is niet eenvoudig. Hieronder wordt ingegaan op een aantal klassieke benaderingen en één nieuwe analysetechniek voor zware mineraalanalyse en waarom er door ons voor wordt gekozen van de klassieke methoden af te wijken.
Zware mineraalscheiding
Mineralogische analyse van zanden vond vroeger plaats door achtereenvolgens zeven, spoelen met zuur, zware mineraalscheiding en optische determinatie met een lichtmicroscoop. Deze werkwijze is arbeidsintensief en zeer gevoelig voor variatie door verschil in zeeffractie, gebruikte scheidingsvloeistof en de kundigheid van de mineraloog. Deze methoden werden vooral gebruikt om de oorsprong van de geologische formaties te kunnen reconstrueren. Verschillen in werkwijzen leidden vaak tot verschillen in inzichten. Nadeel van deze methode met betrekking tot vruchtbaarheidsvraagstukken is dat glimmers, apatiet (Ca5(PO4)3OH) en klei bij
het scheidingsproces verloren gaan. Deze methode is daarom niet geschikt om een totaalbeeld van de voor de vruchtbaarheid bepalende mineralogie te krijgen.
XRD
Röntgendiffractie is een snelle methode om een goede indruk te krijgen van de mineralogie van een bodem. Voorwaarde is wel dat er meer dan 0,5% van een mineraal op gewichtsbasis aanwezig moet zijn en dat dit mineraal ook goed
kristallijn moet zijn. In een zandbodem is de totale zware mineraalfractie 1,5-2,0% en deze bestaat uit meer dan 10 verschillende mineralen. Van deze mineralen komen er slechts 2 of 3 boven de 0,5% en in het geval van metamorfe mineralen en kleien zijn deze niet altijd even goed kristallijn. Zonder mineraalconcentratie is XRD dus niet bruikbaar voor de bepaling van de zware mineralen.
QEMSCAN
Voor een goede analyse van de bodemmineralogie is er dus een techniek nodig die een groter oplossend vermogen heeft dan XRD en die de samenstelling van het
Ontwikkeling en Beheer Natuurkwaliteit 56 monster niet beïnvloedt qua korrelgrootte en zware mineraal-samenstelling. Om deze reden is er gekozen om gebruiken te maken van een relatief nieuwe techniek genaamd QEMSCAN waarmee onder een scanning electronenmicroscoop een chemische opname wordt gemaakt van ongeveer 30.000 korreltjes van alle
korrelgrootte verdelingen. Dit is een techniek die tot nu toe vooral wordt toegepast in de metallurgie (microveldjes in legeringen etc.) en in de exploratiegeochemie (goud in sedimenten).