Retentie van fosfor

D’Angelo et al. (1991) hebben onderzoek uitgevoerd naar de retentie van fosfor. Van de factoren die fosforretentie beïnvloedden bleken temperatuur en stroomsnelheid de meest belangrijke te zijn. Chen (1974) demonstreerde dat microbiële opname van fosfor temperatuursafhankelijk was. Ook in dit onderzoek was de retentie het grootst in het voorjaar en de zomer. Dat bij hogere temperatuur opname sneller plaatsvindt, is ook door andere onderzoekers bevestigd. Gedurende de afbraak van blad neemt de stroomsnelheid toe, doordat het water steeds minder door bladophoping gestuwd wordt. Bij kornoelje (Cornus) nam de stroomsnelheid sneller toe dan bij

eikenbladeren. Toename van stroomsnelheid resulteerde in verlies van retentievermogen. De snelheid waarmee fosfor wordt opgenomen, neemt af doordat er bij hogere stroomsnelheid minder contact is tussen water en sediment. Alhoewel de structuur van bladophoping in de beek indirect de retentie beïnvloedde door verandering van de stroomsnelheid, hadden bladbiomassa en microbiële biomassa en -activiteit geen correlatie met de fosforretentie. Andere onderzoekers ontkennen dit echter (o.a. Elwood et al. 1988). Dit suggereert dat verschillen in retentievermogen alleen tot uiting komen als er een groot verschil is in het vermogen van organisch materiaal om de groei van micro-organismen te stimuleren.

Wel was er een correlatie tussen de hoeveelheid fijn organisch materiaal op en in de bodem en de retentie van fosfor. De microbiële activiteit op het fijn organisch materiaal was echter gelijk met die op grof organisch materiaal. Een mogelijke verklaring is de grotere oppervlak:volume ratio voor fijn materiaal. Verschillende onderzoeken geven ook verschillende resultaten met betrekking tot de retentie in relatie tot de hoeveelheid fijn organisch materiaal. Waarschijnlijk speelt hierbij de kwaliteit van het materiaal een rol.

In het onderzoek van D’Angelo et al. (1991) kwam naar voren dat niet één enkele factor de fosforretentie bepaalde maar dat dit afhankelijk was van een interactie van factoren waarvan temperatuur en stroomsnelheid de belangrijkste leken te zijn. In natuurlijke beken komt daarbij nog dat de afvoer fluctueert en er seizoensverschillen zijn. Verwacht wordt dat beken het meest retentief zijn in de herfst als er veel grof organisch materiaal aanwezig is en de afvoer laag is. In natuurlijke beken zou de afvoer de belangrijkste factor kunnen zijn die bepalend is voor de fosforretentie. Verwijderen van bos resulteert in meer licht dus een hogere temperatuur en meer algen in de beek. Dit resulteert, gegeven een constante afvoer, in een toename van fosforretentie. Echter, het verlies van vegetatie resulteert ook in minder verdamping en in een toename van de afvoer, waardoor de retentie zou kunnen afnemen. De afname van allochtoon bladmateriaal en de afname in opslag van benthisch organisch materiaal zou ook kunnen leiden tot afname in retentie. Als dergelijke mechanismen beter bekend zijn en hun relatieve belang over een range van omstandigheden bekend is, is het beter mogelijk de effecten van veranderd landgebruik te voorspellen. 9.3.4 Effect van afvoerpatronen op opnamesnelheden

Biotische en abiotische factoren beïnvloeden de retentiecapaciteit en nutriëntenafgifte in beken. Onderzoeken naar de regulatie van opnamesnelheden zijn veelal uitgevoerd in permanente beken. In deze beken bleken temperatuur, afvoer en stroomsnelheid de belangrijkste factoren te zijn die de nutriëntenretentie beïnvloeden. Stroomsnelheid, afvoer, temperatuur en organisch materiaal zijn de factoren die het meest zijn onderzocht op hun relatie met nutriëntenretentie. De resultaten van de verschillende onderzoeken geven echter aan dat niet altijd dezelfde factoren het meest belangrijk zijn. Waarschijnlijk zijn de verschillen toe te wijzen aan de verschillende karakteristieken van de onderzochte beken. Meyer (1979) benadrukt dat in 'Bear Brook' (Oregon, USA) de abiotische retentie door het sediment de

dominante factor is in nutriëntenretentie. Gregory (1978) en Elwood et al. (1981b) vonden daarentegen dat 60% van de opname gerelateerd is aan microbiële activiteit. In onderzoek van McDiffett et al. (1989) is de relatie tussen afvoer en nutriëntengehalten in een bovenloop onderzocht. Concentraties van nitraat, fosfaat, calcium en magnesium werden bepaald gedurende een onweersbui en erna. Nitraat- en fosfaatconcentraties namen over het algemeen toe gedurende de vroege stadia van toenemende afvoer, later namen ze weer af door verdunning. Al waren de correlaties tussen nutriënten en afvoer niet sterk, de concentraties van zowel nitraat als fosfaat werden zeker beïnvloed door input van oppervlakkige afspoeling, aanvoer vanuit de bovenste grondwaterlagen, doorval (verhoging van de concentratie, doordat water tussen bladeren van bomen doorsijpelt waarbij water verdampt en wordt opgenomen) en metabolische activiteit in de beek en de oeverzone. Andere onderzoeken hebben echter uitgewezen dat de nitraat- en fosfaatconcentratie niet van afvoer afhankelijk zijn (o.a. Meyer & Likens 1979).

Calcium en magnesium namen af in concentratie gedurende toenemende afvoer (Doffet et al. 1989). Deze correlaties waren sterker dan de correlaties tussen nitraat en fosfor en de afvoer. Dit kan worden verklaard doordat calcium en magnesium voornamelijk uit het grondwater afkomstig zijn en niet direct beïnvloed worden door gebeurtenissen aan het oppervlak. Deze elementen werden verdund bij hoge afvoer. Het patroon van concentraties uitgezet tegen toenemende en weer afnemende afvoer geeft aan wat de bron is van nutriënten. Kloksgewijze patronen (toe- en afname van nutriënten) en een positieve correlatie duiden op afspoeling. Onderzoek gedurende andere omstandigheden, bijvoorbeeld gedurende langere regenperioden, is echter nodig om gedetailleerder uitspraken te kunnen doen.

In 1996 hebben Maltchik et al. onderzocht of de opnamesnelheid van calcium, kalium, nitraat en fosfor in een mediterrane temporaire beek gedurende de periode van continue afvoer (zonder piekafvoer of droogte) afhangt van stroomsnelheid, afvoer, licht, temperatuur en waterdiepte. Elwood et al. (1981) vonden dat nutriëntenopname lager is bij een lagere temperatuur en Bencala (1983) vond dat de opname hoger is bij een lagere stroomsnelheid. Maltchik et al. (1994) vonden echter gedurende hoge afvoer in een temporaire beek dat de opnamesnelheid hoog was ondanks de lage watertemperatuur, de hoge afvoer en de hoge stroomsnelheid. In de periode met constante afvoer vonden zij dat inderdaad de opnamesnelheid toenam bij hogere temperatuur, meer licht en lagere stroomsnelheid en afvoer. Dit gold echter niet voor kalium. Temporaire beken lijken hetzelfde te functioneren als permanente beken in perioden zonder hydrologische verstoringen.