Het bodemwater is nodig voor:
a. de C-assimilatie van de autotrofe organismen en hun assimilatieprocessen. b. het oplossen en transporteren van voedingsstoffen naar de plantenwortels. c. het transport van voedingsstoffen en assimilaten in de plant.
d. de stevigheid van de planten.
e. als bouwstof en fysiologisch medium voor de micro-, meso- en macrobiota. f. structuur en draagkracht van de bodem.
Een goede grond bestaat voor ongeveer 50% uit vaste bestanddelen en voor 50% uit poriën en holten, waarvan de helft gevuld zal zijn met water (zie figuur 19).
2. Vormen van bodemwater
Het water komt in de bodem voor als bodemwater, capillair water, adhesiewater en zweiwater.
Bodemwater. Wordt een gat van voldoende diepte in de bodem gegraven, dan zal hierin water komen te staan, waarvan na enige tijd de stand van de waterspiegel niet meer verandert. Het oppervlak van dit water is de bodemwaterspiegel of grondwaterspiegel, ook wel het freatisch vlak genoemd. Het water dat zich beneden het freatisch vlak bevindt is het bodemwater of grondwater. Het bodemwater bevindt zich onder een druk die groter is dan 1 atmosfeer.
Capillair water. Boven het freatisch vlak is het water tot een zekere hoogte als capillair water opgestegen. Hoe nauwer de capillairen zijn, des te hoger is de stijghoogte van het water. Dat in zwaardere bodems deze stijghoogte vaak niet wordt bereikt is gelegen in de grote weerstand die het watertransport ondervindt (zie tabel 10).
Adhesiewater. Hieronder verstaat men het water dat zich als dunne laagjes om de vaste bodembestanddelen bevindt. Sommige auteurs onderscheiden dan nog: funiculair, pendulair en hygroscopisch water.
Zwelwater. Hieronder verstaat men water dat zich in de vaste bodemdeeltjes bevindt waardoor zwel- en krimpprocessen optreden in klei en humus. Sommige auteurs spreken hiervan imbibitiewater.
Fig.19. Samenstelling van een goede bodem.
In verband met de binding van water in de bodem hanteert men de volgende begrippen: veldcapaciteit, verwelkingspunt, beschikbaar water en de pF.
Een bodem is verzadigd met water als alle poriën en holten met water gevuld zijn. De veldcapaciteit is het vochtgehalte van de bodem wanneer men een verzadigd bodemmonster laat uitdruipen. Het water blijkt dan met een kracht van 104 P (pF = 2) aan de bodem gebonden te zijn. Plantenwortels zijn via hun zuigkracht in staat water aan de bodem te onttrekken die op veldcapaciteit is. Er zijn planten die wel een zuigkracht van 15-1 6 x 105 P kunnen opbrengen.
Onder pF verstaat men de logarithme van de zuigkracht of de vochtspanning van de bodem, uitgedrukt in cm water.
105 P = 103 cm waterdruk; dan is de pF = 3 104 P = 102 cm waterdruk; dan is de pF = 2
De meeste bodems verkeren in het vroege voorjaar in de toestand dat ze op veldcapaciteit zijn.
Verwelkingspunt is het punt waarop planten verwelken, d.w.z. dat ze niet meer in staat zijn om water aan de bodem te onttrekken.
De zuigkracht van de bodem is dan ± 10x105 P en de pF bedraagt dan ± 4,2. De planten zijn dus niet in staat al het in de bodem aanwezige water hieraan te
onttrekken. Het beschikbare water is de hoeveelheid water bij veldcapaciteit in de bodem aanwezig minus de hoeveelheid water bij het verwelkingspunt nog aanwezig. Het is dus de maximale hoeveelheid water die de plant uit de bodem kan opnemen (zie tabel 10). 3. Bodemwaterspiegel of het freatisch vlak
Beneden het freatisch vlak zijn alle poriën in de bodem geheel gevuld met water: de bodemwaterzône. Door de afwezigheid van zuurstof kunnen de plantewortels in de bodemwaterzône niet leven en zullen daardoor ook niet in deze zône doordringen.
Vanwege de afwezigheid van zuurstof heerst beneden het freatisch vlak een toestand van reductie, zodat Fe- en Al-oxiden worden gereduceerd met als zichtbaar gevolg het
ontstaan van grijsblauwe en groene kleuren. Bij een pH lager dan 7 blijkt het Fe2+-ion gemakkelijk verplaatst te worden met de waterstroom. Als de bodemwaterspiegel weer daalt zullen als gevolg hiervan de Fe2+-ionen weer geoxideerd worden tot Fe3+-ionen, die zich pas bij een pH kleiner dan 3 blijken verplaatst te kunnen worden. Aangezien deze lage pH doorgaans niet wordt bereikt, ontstaan in de bodem rode tot gele ijzervlekken, soms zelfs ijzeroerlagen.
De zone waarin naast elkaar reductie- en oxidatievlekken voorkomen, noemt men de gleyzone en de verschijnselen die hieraan ten grondslag liggen zijn de gleyverschijnselen. Tabel 10 grondsoort veldcapaciteit (vol%) verwelkingspunt (vol%) beschikb. hoeveelh. vocht (vol %) humusarm zand 7 2 5 esgrond 30 8 22 dalgrond 44 12 32 lichte zandgrond 34 8 26 zware Dollardkleigrond 44 26 18 knikkleigrond 38 23 15 komkleigrond 53 32 21 stroomgrond 31 12 19 lössgrond 37 9 28 veengrond (bolster) 72 19 53
nat, slibrijk bosveen 60 28 32
Inst. v. Bodemvruchtbaarheid, Haren.
4. pF en poriëndiameter
Hoe kleiner de diameter van de poriën des te sterker wordt het bodemwater vastgehouden (zie tabel 11).
Tabel 11 pF zuiging cm H2O P diameter pF 0,0 1 102 3000 1,0 10 103 300 2,0 100 104 30 3,0 1000 105 3
Inst. v. Cult. tech. en waterh.
Wortelharen kunnen de kleinste poriën niet binnendringen, hiervoor is minstens een diameter van 5-10 mµ, nodig. Als de diameter van de poriën groter is dan 30 mµ, blijkt de bodem te weinig water vast te houden. Een bodem met een groot percentage poriën met een diameter tussen 5 en 30 mµ zal wat de watervoorziening betreft zeer gunstig zijn.
Deze situatie zal zich voordoen in bodems waarin de afmetingen van de fracties tussen 10 en 100 mµ variëren.
Het water stroomt van een lagere pF naar een hogere pF. Door de zuigkracht van de wortels gaat in hun omgeving de hogere pF heersen, met als gevolg het toestromen van gebonden water naar de wortels.
5. Water in het bodemprofiel
Ten opzichte van het voorkomen van water in het bodemprofiel onderscheidt men drie zones: de bodemwaterzone, de capillaire zone en de hangwaterzone (zie fig. 20). Grondwaterzone (zie onder 3).
Capillaire zone (zie onder 2). Tabel 12
grondsoort capillaire slijghoogte grof zand
matig grof zand fijn zand zavel klei ± 20 cm ± 40- 60 cm ± 70-100 cm ± 100-200 cm vele meters
Het onderste gedeelte van de capillaire zone noemt men wel de vol-capillaire zone omdat praktisch alle poriën met water gevuld zijn. Boven deze zone bevindt zich dan de open-capillaire zone ook wel de geaëreerde open-capillaire zone genoemd, omdat naast water ook lucht in de poriën voorkomt. Uit deze zone kunnen plantenwortels heel goed water betrekken.
Hangwaterzone. In deze zone staat het water niet meer in verbinding met het
bodemwater. Het water bevindt zich in de nauwere poriën en is afkomstig van afzakkend regenwater of van bodemwater na een tijdelijke hoge bodemwaterstand. Het hangwater is aan de grond gebonden met een vochtspanning van pF 2,0 (= veldcapaciteit) of hoger. Regenwater zal dus pas naar dieper gelegen zones afzakken, wanneer de vochtspanning lager dan pF 2,0 is geworden. In de hangwaterzone is een goede beworteling van de vegetatie mogelijk. Opvallend is dat in veel bodems het vochtgehalte in de
hangwaterzone een sprong maakt (zie fig. 20). 6. Infiltratiecapaciteit (Ic)
De infiltratiecapaciteit (Ic) van een bodem heeft betrekking op de snelheid waarmee water in een bodem binnendringt. Bij bodems met een lage Ic is de kans op erosie groter dan bij bodems met een hoge Ic, omdat bij een lage Ic vrij veel regenwater snel over het bodemoppervlak zal wegvloeien.
Fig. 20. Water in het bodemprofiel
De infiltratiecapaciteit van een bodem is afhankelijk van: a. het vochtgehalte van de bodem.
b. de doorlatendheid van het bodemoppervlak. c. de verticale doorlatendheid van de bodem. d. de horizontale doorlatendheid van de bodem.
Vochtgehalte van de bodem. Daar de Ic sterk afhankelijk is van de vochtigheidsgraad van de bodem, is standaardisering van de Ic-metingen erg moeilijk.
Doorlatendheid van het bodemoppervlak. De doorlatendheid van het bodemoppervlak is sterk afhankelijk van de compactheid, die bijvoorbeeld erg hoog kan zijn als gevolg van het dichtrijden (cultuurgronden!).
Verticale doorlatendheid van de bodem. De bodemtextuur, hydraulische druk en zwaartekracht zijn belangrijke factoren, waardoor de snelheid van de verticale
waterstroom wordt bepaald. Zoals reeds eerder is opgemerkt heeft de textuur invloed op de structuur van de bodem en vooral op de poriënafmetingen in de bodem.
De stroomsnelheid wordt mee bepaald door de 4e macht van de straal van de poriën volgens de wet van Poiseuille. Zo zal halvering van de straal de snelheid tot 1/16
reduceren. De verticale doorlatendheid wordt ook belemmerd door in het bodemprofiel voorkomende lagen met een zeer dichte structuur. Wanneer het vochtgehalte van een bodem zich beneden de toestand van de veldcapaciteit bevindt, dan domineert de capillaire beweging, waarbij het water zich onafhankelijk van de zwaartekracht beweegt en wel van vochtige zones (hoge vochtspanning) naar droge zones (lage vochtspanning). Horizontale doorlatendheid van de bodem. De snelheid van de horizontale waterstroom is geringer dan die van de verticale waterstroom, omdat de zwaartekracht hierbij geen rol speelt.
Zowel de horizontale als de verticale waterstroom zijn belangrijk omdat via deze waterstromen, na een regenval, de bodem de toestand van de veldcapaciteit bereikt, waarbij de plantewortels zowel over voldoende water als ook over voldoende zuurstof
kunnen beschikken. Bodems met een geringe doorlatendheid kunnen na regenval veel water in hun bovenste lagen bevatten zodat gemakkelijk erosie kan optreden doordat regenwater snel over het bodemoppervlak zal wegvloeien.
Opdracht:
1. Som een aantal natuurlijke en kunstmatige factoren op, waardoor de verticale en/of de horizontale waterstroom worden/wordt bevorderd.