I N S T I T U U T VOOR C U L T U U R T E C H N I E K EN
W A T E R H U I S H O U D I N G , WAGENINGEN
E N I G E ASPECTEN VAN DE
W A T E R B E H E E R S I N G IN L A N D B O U W G R O N D E N
W I T H A SUMMARY
SOME ASPECTS OF T H E WATER G O V E R N M E N T IN A G R I C U L T U R A L SOILS
J. WESSELING
S 1 A A I S D R U K K E R i j ^ 3 L ° 5 S F U I T G E V E R I J B E D R I J F •'fe'N W V E R S L . L A N D B O U W K . O N D E R Z . N O . 63.5 — ' S - G R A V E N H AG E — 1 9 5 7-70lCO\H
7
I N H O U D
Biz.
I. INLEIDING 1 I I . D E WATERBEHOEFTE DER GEWASSEN 4
1. D e v e r d a m p i n g 4 a. Verdampingsbepalingen 4
b. De werkelijke v e r d a m p i n g 5 2. Watergebruik en opbrengst 6
a. De totale waterbehoefte 6 b. De waterbehoefte gedurende het groeiseizoen 8
3. W a t e r o p n a m e uit de grond 10
a. Algemeen 10 b. W a t e r o p n a m e bij zeer diepe grondwaterstand 11
c. Vochttoevoer uit het grondwater 13
4. Samenvatting en conclusies 20
I I I . D E LUCHTBEHOEFTE DER GEWASSEN 21
1. De eisen die de plant stelt aan de luchtvoorziening 21 2. D e luchtuitwisseling tussen grond en atmosfeer 22
a. De diffusie in het algemeen 22 b . De diffusieconstante van grond 23
c. De G 02- p r o d u k t i e 24
d. De activiteitsverdeling met de diepte 26 e. Verandering van de activiteit gedurende het groeiseizoen 28
f. Beschrijving van de aëratie met behulp van de stationaire diffusie . . . 28
3. Samenvatting en conclusies 29
I V . BEPALING VAN DE GUNSTIGSTE GRONDWATERSTANDSDIEPTE 31
1. Directe bepaling van de meest gewenste ontwateringsdiepte 31 2. Indirecte bepaling van de meest gewenste grondwaterstand 35
a. Algemeen 35 b. Bepaling van de grondwaterstand als geen infiltratie wordt toegepast . 35
c. Bepaling van de grondwaterstand bij infiltratie 39 d. Bepaling van de grondwaterstand bij infiltratie uit de aëratie 41
e. Beregening 44 3. Samenvatting en conclusies 47
V . WATERBEHEERSING DOOR DRAINAGE 49
1. Drainage 49 2. Uitvoering van de drainage 50
a. Formules ter bepaling van de drainafstand 50
De auteur promoveerde op 10 mei 1957 aan de Landbouwhogeschool te Wageningen op een ge-lijkluidend proefschrift tot Doctor in de Landbouwkunde.
Biz.
b . D e formules van H O O G H O U D T 51
c. D e d r a i n d i a m e t e r 53 d. Interpretatie v a n de formules ter bepaling van de drainafstand . . . 55
3. Drainafvoermetingen beschreven in de literatuur 57 4. Beschrijving v a n de eigen afvoermetingen 59
a. Proefpercelen en opstelling a p p a r a t u u r 59
b . D e gebruikte a p p a r a t u u r 61 5. Resultaten v a n de metingen 66
a. De neerslag 66 b . D e grondwaterstand 67
c. H e t bergend vermogen v a n de grond 70
d. De afvoer 72 e. H e t v e r b a n d tussen afvoer en grondwaterstand 75
f. D e te verwachten grondwaterstanden 78
6. Samenvatting en conclusies 81
SUMMARY 82 L I T E R A T U U R 86
I. I N L E I D I N G
H e t doel v a n de waterbeheersing is het scheppen van een voor de plant zo gunstig mogelijk milieu w a t betreft de water- en luchtvoorziening. O n d e r Nederlandse omstandigheden komt dit neer op een tweetal maatregelen, nl.
a. de afvoer van het wateroverschot in de winter, b . het voorkomen of opheffen van een tekort in de zomer.
V a n a f de eerste wereldoorlog is in ons l a n d aan eerstgenoemde maatregelen veel a a n d a c h t besteed, doch sinds een tiental j a r e n w o r d t het belang v a n de laatstge-noemde maatregelen steeds meer ingezien. H e t is duidelijk, d a t op gronden met een zeer klein w a t e r h o u d e n d vermogen, w a a r o p geregeld verdroging optreedt, toevoer gedurende de zomer wenselijk is. O p gronden met een zeer goede water-berging zal daarentegen veelal geen vochttekort zijn te verwachten. Hiertussenin ligt een groot overgangsgebied v a n m a t i g goede gronden, die in sommige gevallen k u n n e n profiteren v a n een betere watervoorziening in d e zomer. Bij de beantwoor-ding v a n de v r a a g of dit al of niet het geval is, moeten de hoeveelheid vocht die de grond ter beschikking van de plant kan stellen en de behoefte van het gewas bekend zijn.
O n d e r w e r p e n we de waterbeheersing a a n een n a d e r e beschouwing, d a n blijkt, d a t bij de uitvoering van de onder a. genoemde maatregelen doorgaans w o r d t uitge-g a a n v a n een m a x i m a a l toelaatbare uitge-grondwaterstand bij een b e p a a l d e neerslauitge-g. D e m a t e , w a a r i n de grond water kan bergen zonder deze stand te overschrijden, h a n g t ook af van de diepte v a n het ontwateringssysteem. D e eisen, die a a n dit systeem gesteld worden zijn dus geringer, n a a r m a t e de diepte groter is. A a n deze diepte zijn echter grenzen gesteld, o m d a t deze bepalend is voor de hoeveelheid vocht die de grond gedurende de zomer ter beschikking kan stellen. Een te diepe ontwatering in de winter kan nl. leiden tot een vochttekort in de zomer.. Een typisch voorbeeld hier-van vormen beekverbeteringen, waarbij verlaging hier-van het winterpeil aanleiding geeft tot verdrogingsverschijnselen. Anderzijds geeft een te ondiepe ontwatering kans op nadelige invloeden op het gewas en de grond. D e ontwateringsdiepte heeft dus een bovengrens, bepaald door de luchtbehoefte en een ondergrens bepaald door de waterbehoefte. D e v r a a g of watervoorziening moet worden toegepast, kan dus worden beantwoord door n a te gaan of de ontwateringsdiepte zodanig kan worden gekozen, d a t de grond voldoende vocht bevat, terwijl tevens a a n de luchtbehoefte v a n het gewas kan worden voldaan. U i t g a a n d e van deze gedachtengang, moet eerst de water- en luchtbehoefte van de gewassen bekend zijn. Vervolgens dient nagegaan te worden onder welke omstandigheden in de grond a a n deze eisen kan worden voldaan.
I n dit geschrift w o r d t een theoretische verhandeling gegeven over de optimale grondwaterstand bij drainage, die vergeleken wordt met de experimenten, welke sinds vele j a r e n over dit onderwerp zijn verricht. V a n belang voor een controle v a n de in de praktijk bereikte resultaten bij drainage en voor een toetsing van de theorie is, dat m e n de beschikking heeft over een betrouwbare m e e t a p p a r a t u u r , die
gedu-rende langere tijd in werking blijit. Een zodanige a p p a r a t u u r werd door de a u t e u r o n t w o r p e n ; hiermee werden enige controlemetingen verricht. Hiervan wordt in het laatste hoofdstuk een en ander behandeld.
H e t watergebruik hangt hoofdzakelijk af van de verdamping. Eerst is d a n ook een korte uiteenzetting gegeven over de v e r d a m p i n g en de factoren die hierop invloed uitoefenen. Vervolgens is a a n de h a n d van in de literatuur beschreven onderzoe-kingen een beschouwing gegeven over de invloed van het waterverbruik op de op-brengst. Hieruit is de waterbehoefte van de gewassen afgeleid.
O m na te gaan, op welke wijze de waterbehoefte kan worden gedekt, moeten de afzonderlijke bronnen worden beschouwd. De plant p u t zijn water uit de neerslag, de bodemvoorraad en de vochttoevoer uit lagen beneden de wortelzone. Achter-eenvolgens is d a n ook nagegaan, in hoeverre de plant water a a n de grond kan ont-trekken en door welke factoren de opstijging uit diepere lagen wordt beïnvloed.
I n hoofdstuk I I I is de luchtbehoefte a a n een nadere beschouwing onderworpen. U i t fysiologisch onderzoek blijkt, d a t de meeste planten nog een n o r m a l e groei ver-tonen bij zeer lage zuurstofgehalten. I n de grond gaan deze echter gepaard met hoge C 02- g e h a l t e n . De algemene opvatting is d a n ook, dat de schade bij een slechte luchtvoorziening wordt veroorzaakt door te veel C 02. Luchtuitwisseling tussen grond en atmosfeer is dus nodig om de gevormde C 02 af te voeren. D e oorzaken van de schade door te veel G 02 zijn in het m i d d e n gelaten. Nagegaan is, welke eisen de p l a n t stelt a a n de aëratie en w a t hiervoor het luchtgehalte v a n de grond moet zijn. Tevens is onderzocht of voldoende gegevens ter beschikking staan o m de luchtuit-wisseling kwantitatief te beschrijven.
A a n de h a n d van de in de vorige hoofdstukken verwerkte gegevens is in hoofdstuk I V nagegaan, hoe de waterbeheersing moet worden uitgevoerd. Hiertoe is eerst de opbrengst ontwateringsdieptecurve a a n een n a d e r e beschouwing onderworpen, speciaal w a t betreft de aspecten v a n de water- en luchtvoorziening. D a a r n a is nage-gaan, in hoeverre het mogelijk is a a n de watervoorziening te voldoen door de ont-wateringsdiepte minder groot te kiezen. I n gevallen w a a r i n deze m e t h o d e leidt tot te hoge grondwaterstanden, moet een lagere stand worden a a n g e h o u d e n en later infil-tratie of beregening worden toegepast. I n het eerste geval zal de grondwaterstand op een bepaald peil worden ingesteld. D e vaststelling v a n dit peil is eveneens n a d e r beschouwd. Hierbij is zowel a a n d a c h t a a n de water- als a a n de luchthuishouding besteed. Bij de beregening speelt daarentegen het vochtgehalte v a n de grond een belangrijke rol. M e t behulp v a n de gegevens o m t r e n t de aëratie v a n de grond is berekend, welk luchtgehalte de grond m i n i m a a l moet hebben.
I n het laatste hoofdstuk is de ontwatering door middel van drainage behandeld. H e t blijkt nl. dat de theoretische zijde van deze ontwatering zeer ver gevorderd is, terwijl over de landbouwkundige interpretatie nogal wat onenigheid bestaat. V e r d e r zijn tot nu toe vrijwel geen afvoer- en grondwaterstandsmetingen a a n drainages verricht. Zodoende kan meestal niet worden nagegaan, in hoeverre de voor de b e -paling van de drainafstand gebruikte formules en de d a a r i n gebruikte criteria in de praktijk voldoen. Een kort overzicht van bovengenoemde formules en h u n gebruik is
d a a r o m gegeven. D a a r n a zijn een aantal door ons uitgevoerde afvoer- en grondwater-standsmetingen, alsmede de daarbij gebruikte a p p a r a t u u r , beschreven. Hierbij is speciaal a a n d a c h t besteed a a n de neerslag, de afvoer en de daarbij optredende grondwaterstanden. V e r d e r is nog nagegaan of de bij de drainagevoorschriften gebruikte criteria overeenkomen met de werkelijk optredende afvoeren en grond-waterstanden.
IL DE W A T E R B E H O E F T E D E R G E W A S S E N
1. D E V E R D A M P I N Ga. Verdampingsbepalingen
D e b e p a l i n g v a n de v e r d a m p i n g k a n op verschillende wijzen geschieden. D e v o o r n a a m s t e w o r d e n hier puntsgewijs g e n o e m d .
1. Periodieke vochtbepalingen van de grond. Verandering van de hoeveelheid vocht in de grond tussen twee
bepalingsdata, vermeerderd met de in die periode gevallen neerslag, geeft de verdamping, mits geen water is afgevoerd naar of toegevoerd uit diepere lagen. Deze toe- en afvoer kan in sommige gevallen worden berekend uit de verandering van het zoutgehalte van de grond.
2. Lysimeterwaarnetningen. Door periodieke weging van de lysimeter bij bekende neerslaghoeveelheid
en drainage kan de verbruikte hoeveelheid water worden bepaald.
3. De waterbalans. De som van afvoer en verdamping in een bepaald gebied moet in elke periode gelijk
zijn aan de som van neerslag, grondwaterbergingsverandering en eventuele andere watertoevoer in dit gebied (kwel en infiltratie).
4. De energiebalans. De energie, gebruikt voor de verdamping, vormt de sluitpost in de energiebalans.
De door het aardoppervlak geadsorbeerde en in warmte omgezette straling, verminderd met de infra-rode uitstraling wordt behalve voor verdamping gebruikt voor de verwarming van de lucht en de grond. Verschillende formules voor de berekening van de diverse grootheden werden gegeven door ALBRECHT (3), ANDERSON (5) en PENMAN (133).
5 Verticaal damptransport. In perioden van niet te korte duur zal het waterdampgehalte van de onderste
luchtlagen vrijwel constant zijn. De verplaatsing van waterdamp in de atmosfeer geschiedt dan ook vrijwel geheel in verticale richting door turbulente uitwisseling. Door bepaling van de windsnelheid en de waterdampgehalten op verschillende hoogten kan, met behulp van daarvoor opgestelde formules, de verplaatste hoeveelheid waterdamp worden berekend. Bij een breed opgezet onderzoek op het Lake Hefner (109) bleken de formules van SVERDRUP (171) en SUTTON (170) waarden te geven die minder dan 10 % verschilden van die, verkregen uit de waterbalans.
6\ Correlatiemethoden. Hierbij wordt uitgegaan van een correlatie tussen de verdamping en eenvoudig te bepalen grootheden. Zo zijn correlaties bekend met de gemiddelde maandtemperatuur (174), het produkt van de gemiddelde maandtemperatuur en het percentage zonneschijn (21), straling en tem-peratuur (176), en verzadigingsdeficit en windsnelheid (1, 109). Als basis van de verdampingsbereke-ning wordt hierbij meestal uitgegaan van de veronderstelling, dat de plant voldoende vocht tot zijn beschikking heeft.
D e drie eerstgenoemde experimentele m e t h o d e n zijn zeer tijdrovend en h e b b e n het nadeel, d a t tevoren geen inzicht in de te v e r w a c h t e n grootte v a n de v e r d a m p i n g k a n w o r d e n verkregen.
D e c o r r e l a t i e m e t h o d e n zijn strikt g e n o m e n alleen geldig voor die gebieden en tijdstippen, w a a r v o o r ze zijn ontwikkeld. Correlaties m e t de t e m p e r a t u u r zijn niet juist, o m d a t in de verschillende j a a r g e t i j d e n de relatie tussen deze grootheid en de
v e r d a m p i n g niet dezelfde is. Volgens v a n W I J K en de V R I E S (200) m o e t de v e r d a m -p i n g , b e r e k e n d volgens T H O R N T H W A I T E (174) a c h t e r k o m e n o-p de werkelijke ver-d a m p i n g , o m ver-d a t ver-de t e m p e r a t u u r a c h t e r k o m t op ver-de straling. Deze verschuiving in tijd w e r d door v a n BAVEL en W I L S O N (17) en M A K K I N K (106) experimenteel a a n g e -t o o n d . E e n prak-tisch b e z w a a r is bovendien, d a -t de c o r r e l a -t i e m e -t h o d e n nie-t b r u i k b a a r zijn voor p e r i o d e n korter d a n een m a a n d , o m d a t m e t g e m i d d e l d e n w o r d t gewerkt.
D e m e t h o d e v a n d e energiebalans gaf bij het onderzoek o p het Lake Hefner (5) voor perioden langer d a n 7 dagen w a a r d e n , die m i n d e r d a n 5 % verschilden v a n die welke berekend waren uit d e waterbalans v a n het meer, mits alle termen in d e energiebalans nauwkeurig w e r d e n vastgesteld. E e n berekening p e r decade is dus hiermede zeker mogelijk. Door verschillende onderzoekers, o.a. ALBREGHT (3),
BUDYKO (30), E G O R O V (48), M O K K A V E E V (116), PENMAN (133, 136), T H O R N T H W A I T E
en M A T H E R (zie 136), wordt d a n ook d e voorkeur gegeven a a n deze methode. T o t eenzelfde conclusie komen speciale congressen o p d i t gebied i n d e U S S R (140) en in Nederland (39).
Bij d e later in dit hoofdstuk behandelde waterbehoefte wordt door ons gebruik ge-m a a k t v a n de berekeningsge-methode v a n PENMAN (133). Hierbij is d e oppervlakte-t e m p e r a oppervlakte-t u u r die in d e energiebalans voorkomoppervlakte-t, geëlimineerd, zodaoppervlakte-t d e v e r d a m p i n g kan worden berekend uit normale meteorologische w a a r n e m i n g e n (temperatuur, relatieve zonneschijn, relatieve vochtigheid en windsnelheid). D e v e r d a m p i n g v a n een gewas k a n w o r d e n berekend uit d i e voor een vrij wateroppervlak, m e t b e h u l p van voor kort gras in Z.O.-Engeland bepaalde reductiefactoren. Hierbij moet worden aangenomen, d a t deze ook voor ons land gelden. D e berekening k a n echter ook direct voor een gewas worden uitgevoerd (135, 137). Voorbeelden v a n dergelijke berekeningen werden gegeven door VAN W I J K en DE V R I E S (200). Bij d e berekening kan gebruik worden gemaakt van grafieken of n o m o g r a m m e n , zoals ontworpen door
M A K K I N K (104) en R I J K O O R T (156).
D e aldus berekende potentiële v e r d a m p i n g (ET) wordt door PENMAN (136) als volgt gedefinieerd: ,,It is the amount of water transpired in unit time by a short green erop,
completely shading the ground of uniform heighth and never short of water".
I n bovengenoemd artikel wordt voor de j a a r v e r d a m p i n g als nauwkeurigheid van de berekening 1 0 % genoemd. D e mogelijkheid w o r d t daarbij niet uitgesloten, d a t over kortere perioden de nauwkeurigheid kleiner is.
D e formules werden door MAKKINK (106) getoetst m e t behulp van lysimeterwaar-nemingen. Hierbij bleek, d a t de voor gras berekende v e r d a m p i n g doorgaans 1 0 % kleiner was d a n d e werkelijke w a a r d e n . D e auteur wijt d i t a a n een voor ons land t e kleine invloed v a n d e door PENMAN experimenteel bepaalde invloed v a n de wind. D e mogelijkheid bestaat echter, d a t d e beschouwde perioden v a n 2 tot 4 dagen te kort zijn.
b. De werkelijke verdamping
D e werkelijke v e r d a m p i n g k a n o m drie redenen kleiner zijn d a n d e potentiële. Deze zijn:
Ie. een tekort a a n voor de plant o p n e e m b a a r vocht, 2e. een onvolledige grondbedekking,
3e. een regulering door de plant (ziekte, m a a i e n van gras).
D e v r a a g in hoeverre het vochtgehalte v a n d e grond v a n invloed is o p de v e r d a m -ping, is moeilijk te beantwoorden. E e n aantal onderzoekers in d e U S A en wel speciaal VEIHMEYER en HENDRICKSON (179), m e n e n d a t al het vocht in de grond
tussen veldcapaciteit en verwelking even gemakkelijk o p n e e m b a a r is. Hetzelfde wordt min of meer stilzwijgend door PENMAN (134) aangenomen. THORNTHWAITE en M A T H E R (175) veronderstellen daarentegen een continue vermindering van d e ver-d a m p i n g bij ver-d a l e n ver-d vochtgehalte v a n ver-de gronver-d. ASLYNG en KRISTENSEN (8), M A K K I N K en VAN H E E M S T (108) en SLATYER (165) vermelden een soortgelijk effect. M A K K I N K en VAN HEEMST vonden een sterkere teruggang in verdamping, n a a r m a t e de grond droger en d e potentiële v e r d a m p i n g groter was. A n d e r e onderzoekers (zie 169) vonden daarentegen geen invloed v a n het vochtgehalte v a n de grond op de ver-d a m p i n g .
D e proeven v a n VEIHMEYER EN HENDRICKSON (169) hebben betrekking op vrucht-bomen, die de grond in de potten geheel doorwortelden. Speciaal bij eenjarige ge-wassen is echter de groeisnelheid v a n de wortels v a n groot belang. Mogelijk speelt ook het vochttransport in de grond hierbij een belangrijke rol. Bij welk vochtgehalte v a n de grond de v e r d a m p i n g terug zal lopen, is d a n ook niet zonder meer te zeggen.
U i t proeven v a n H A R R O L D (65) en W I N D (201) blijkt, d a t de bodembedekking bij d e v e r d a m p i n g een grote rol speelt. V e r m i n d e r i n g v a n de v e r d a m p i n g bij onvol-ledige grondbedekking is een gevolg v a n het feit, d a t de directe v e r d a m p i n g uit de grond veel geringer is d a n de transpiratie door de plant. D e eerste h a n g t sterk af v a n het vochtgehalte v a n de bovengrond, d.w.z. hoofdzakelijk v a n de verdeling v a n de neerslag. Doorgaans is deze voor een kale grond slechts een fractie v a n de transpiratie. VERHOEVEN (180) vond b.v. voor Zeeland een gemiddelde v a n 3 cm gedurende de m a a n d e n mei tot en m e t augustus.
V o o r gewassen als aardappelen, bieten en maïs, die eerst lange tijd n a de poot- of z a a i d a t u m de grond volledig bedekken, k a n de factor bodembedekking een belang-rijke rol spelen. O o k bij g r a n e n is deze invloed waarschijnlijk groter d a n o p het eerste gezicht zou lijken, o m d a t een deel v a n de straling de grond weer direct bereikt o p een tijdstip, dat ver voor de oogst ligt.
2. W A T E R G E B R U I K E N O P B R E N G S T a. De totale waterbehoefte
O n d e r d e totale waterbehoefte w o r d t d e hoeveelheid vocht verstaan, die d e p l a n t nodig heeft voor een goede produktie. Onderzoekingen v a n C O L E (37), M c . DERMOTT
en IVINS (112), L E H A N E en S T A P L E (96), S T A P L E en L E H A N E (168) en W E R N E R (194)
tonen a a n , d a t het voor de produktie geen enkel verschil m a a k t , of het water wordt verkregen uit d e b o d e m v o o r r a a d of uit de neerslag.
Een indruk o m t r e n t de waterbehoefte v a n een gewas k a n worden verkregen door de zg. „transpiratiecoëfficient". D a a r deze echter voor de verschillende gewassen verschillend is en bovendien beïnvloed wordt door factoren als b o d e m v r u c h t b a a r h e i d , bemesting, het optreden v a n ziekten en plagen e.d., w o r d t hiervan niet veel gebruik m e e r gemaakt. (14, 136, 146, 177). D e v e r d a m p i n g d a a r e n t e g e n w o r d t vrijwel geheel bepaald door klimatologische factoren, door de hoeveelheid beschikbaar water en door de vorm v a n het oppervlak v a n het gewas. Vooropstellend d a t het
g e w a s v o l d o e t a a n d e b i j d e d e f i n i t i e v a n d e p o t e n t i ë l e v e r d a m p i n g g e s t e l d e eisen v a n b o d e m b e d e k k i n g e n v o c h t v o o r r a a d , z o u d e z e v e r d a m p i n g d u s e e n b e t e r e m a a t z i j n v o o r d e w a t e r b e h o e f t e . D a a r e c h t e r d e w e r k e l i j k e v e r d a m p i n g d o o r g a a n s g e -r i n g e -r is d a n d e p o t e n t i ë l e , k a n m e n d e v -r a a g s t e l l e n w e l k p e -r c e n t a g e v a n d e l a a t s t e als v o l d o e n d e m o e t w o r d e n a a n g e m e r k t . M e n n e e m t dikwijls a a n , d a t d e w a t e r b e h o e f t e gelijk is a a n d e p o t e n t i ë l e v e r d a m -p i n g ( 1 3 0 , 1 3 4 , 1 3 6 ) . O n d e r z o e k i n g e n v a n A L P A T E V ( 4 ) , B A U M A N N ( 1 3 , 1 4 ) , V A N D U I N ( 4 4 ) , U H L I G ( 1 7 8 ) e n W E S S E L I N G e n V A N W I J K ( 1 9 7 ) t o n e n d a a r e n t e g e n a a n , d a t o p t i m a l e o p b r e n g s t e n k u n n e n w o r d e n v e r k r e g e n b i j e e n v o c h t h o e v e e l h e i d d i e k l e i n e r is d a n ET. D i t v e r s c h i j n s e l is t e w i j t e n a a n h e t feit, d a t d e b o d e m n i e t g e d u -r e n d e h e t g e h e l e g -r o e i s e i z o e n b e d e k t is. W e l l i c h t k a n d e p l a n t b o v e n d i e n e e n z e k e -r t e k o r t t o l e r e r e n v o o r d a t d e o p b r e n g s t t e r u g l o o p t . D e w a t e r b e h o e f t e , - u i t g e d r u k t i n p r o c e n t e n v a n ET - z a l v o o r g e w a s s e n , d i e d e g r o n d l a n g e tijd g e h e e l of g e d e e l t e l i j k o n b e d e k t l a t e n , k l e i n e r m o e t e n zijn. D e b e -v e s t i g i n g h i e r -v a n w o r d t g e g e -v e n d o o r e e n o n d e r z o e k -v a n V A N D U I N e n S C H Ö L T E U B I N G ( 4 6 ) , w a a r i n v o o r a a r d a p p e l e n d e r e e d s e e r d e r b e p a a l d e h o e v e e l h e i d v a n 0 , 7 5 ET ( 1 9 7 ) als v o l d o e n d e w o r d t g e v o n d e n . E e n v e r d e r e b e v e s t i g i n g geeft d e v e r g e l i j k i n g m e t a n d e r e g e g e v e n s o m t r e n t d e w a t e r b e h o e f t e . Z o g e v e n B L A N E Y e n C R I D D L E (21) w a a r d e n v o o r d e z g . „ c o n s u m p t i v e u s e " ( C U ) , w e l k e zij d e f i n i ë r e n a l s : „the sum of the water, used by the vegative growth of a
given area in transpiration and building of plant tissue and that evaporated from adjacent soil, snow or intercepted precipitation on the area in any specified time, divided by the area".
H i e r b i j w o r d t v e r o n d e r s t e l d , d a t d e p l a n t v o l d o e n d e v o c h t t e r b e s c h i k k i n g h e e f t , e n d e o p b r e n g s t g o e d is, d o c h d e g r o n d b e d e k k i n g h o e f t n i e t v o l l e d i g t e zijn. U i t d e v e r g e l i j k i n g v a n d e C U - w a a r d e n e n d e b e r e k e n d e ET v o o r d e z e l f d e p e r i o d e ( t a b e l 1)
b l i j k t , d a t d e e e r s t e d o o r g a a n s k l e i n e r is d a n ET.
TABEL 1. Vergelijking van de „consumptive use" en Ex in cm voor een tweetal stations in de USA.
Plaats Mesa Scotsbluff Gewas katoen sorghum grape fruit sinaasappel soyabonen luzerne granen suikerbieten aardappelen Periode 1/4-31/10 1/7-31/10 1/3-31/10 1/3-31/10 1/6-31/10 14/5-27/ 9 20/4-25/ 7 20/4-15/10 20/6-30/ 9 C U 79 54 102 82 57 66 37 61 39 E f 117 63 125 125 81 66 55 81 51 Verschil 38 9 23 43 24 0 18 20 12 C U / ET 0,68 0,86 0,82 0,66 0,70 1,00 0,71 0,75 0,76
TABLE 1. Comparison between the consumptive use (C U) andE-[ (in cm) for two stations in the U.S.A.
D e g o e d e o v e r e e n k o m s t v o o r s u i k e r b i e t e n e n a a r d a p p e l e n m e t d e e e r d e r g e n o e m d e v o o r N e d e r l a n d g e v o n d e n w a a r d e n v a l t d i r e c t o p . V o o r l u z e r n e w o r d t e c h t e r e e n
zeer grote hoeveelheid water aangegeven. Dit is verklaarbaar door het feit, d a t dit gewas de grond gedurende het gehele groeiseizoen bedekt. Hetzelfde geldt waar-schijnlijk voor grasland. Hierover ontbreken echter de nodige gegevens.
Vast staat dus wel, d a t voor akkerbouwgewassen onafhankelijk v a n het klimaat -in de gehele groeiperiode een totale hoeveelheid water nodig is, ongeveer gelijk a a n 0,75 ET; dit is enigszins afhankelijk v a n het tijdstip w a a r o p het bodemoppervlak geheel bedekt is en de d u u r hiervan tot a a n de oogst. Voor gras k a n voorlopig een totale vochthoeveelheid worden aangenomen, die gelijk is a a n ET. Voor een n a u w -keurige bepaling v a n deze hoeveelheden zal in de eerste plaats de invloed v a n de g r a a d v a n bedekking v a n de grond op de v e r d a m p i n g bekend moeten zijn.
b. De waterbehoefte gedurende het groeiseizoen
O v e r het algemeen zal onder klimatologische omstandigheden als die in West-E u r o p a , de bodemvoorraad plus neerslag gedurende het groeiseizoen niet voldoende zijn o m a a n de behoefte v a n het gewas te voldoen, wanneer ten minste de bodem-voorraad gering is. Bij een eventuele watertoediening zal m e n zich dus af moeten vragen, w a t het geschiktste m o m e n t is o m dit te doen.
BAUMANN (13, 14) meent, d a t onder normale omstandigheden de hoogste o p -brengsten worden verkregen, wanneer een droog voorjaar gevolgd wordt door een n a t t e zomer. I n een droog voorjaar zullen volgens h e m d e wortels nl. een grotere diepte bereiken (zie ook 134). I n de d a a r o p volgende n a t t e zomer zal de inmiddels uitgeputte bodemvoorraad d a n weer gedeeltelijk worden aangevuld. I n een relatief n a t voorjaar daarentegen zullen de wortels een geringe diepgang vertonen; volgt n u een droge periode, d a n zal de kleine bodemvoorraad spoedig zijn uitgeput en de produktie is minder.
M e n m a g hieruit echter niet - zoals BAUMANN doet - zonder meer de conclusie trekken, d a t planten die in een j o n g stadium weinig vocht ter beschikking hebben, ook op latere leeftijd m e t m i n d e r vocht toe k u n n e n . Is de hoeveelheid neerslag gedu-rende de gehele groei in beide gevallen gelijk, d a n zal de plant in een droog voorjaar gevolgd door een natte zomer meer vocht ter beschikking hebben d a n in het omge-keerde geval. ASLYNG en KRISTENSEN (8) zijn d a n ook de mening toegedaan, d a t de grootste opbrengsten worden verkregen in j a r e n waarin het voorjaar n a t , de zomer droog is. D e tegenstelling tussen deze opvattingen is verklaarbaar, doordat de ge-noemde onderzoekers geen rekening hebben gehouden m e t de totale hoeveelheid vocht, die de plant ter beschikking h a d .
Bij vergelijking v a n opbrengstgegevens over een groot aantal j a r e n komt BROUWER (26) tot de conclusie, d a t de gewassen meestal a a n het begin v a n de bloei een „kritische p e r i o d e " meemaken, waarin de neerslag in hoge m a t e bepalend is voor de opbrengst. Deze perioden zullen doorgaans echter samenvallen m e t het m o m e n t , w a a r o p de b o d e m v o o r r a a d is uitgeput. U i t een onderzoek v a n VAN D U I N en SCHÖLTE U B I N G (46) n a a r de correlatie tussen de opbrengst v a n a a r d a p p e l e n en de neerslag blijkt deze nl. het grootst te zijn in de m a a n d juli. I n deze m a a n d is er in vrijwel geen enkel j a a r meer o p n e e m b a a r water in de b o d e m aanwezig. I n dit opzicht is het d a n ook
ver-k l a a r b a a r , w a a r o m B R O U W E R (27) de beregeningstijdstippen baseert op de zg. kritische p e r i o d e n .
H e t b e s t a a n v a n een kritische periode is op grond v a n b o v e n s t a a n d e dus t e r u g te voeren op de beschikbaarheid v a n vocht in de g r o n d . H i e r m e e wil echter niet gezegd zijn, d a t een dergelijke p e r i o d e in h e t geheel niet bestaat. U i t p o t p r o e v e n b.v., die D R E I B R O D T (43) m e t b o n e n uitgevoerd heeft, blijkt nl. de verdeling v a n de w a t e r -giften over de tijd wel degelijk invloed te k u n n e n h e b b e n op de opbrengst.
Als er een kritische periode bestaat, zal de plant in deze tijd waarschijnlijk sterker reageren op de zuigspanning van het water in de grond dan in de rest van de groeiperiode. Uit de vele door RICHARDS en WADLEIGH (146) gerefereerde onderzoekingen blijkt er echter gedurende het gehele groeiseizoen een invloed van de zuigspanning op de opbrengst te bestaan. De opbrengst blijkt doorgaans te dalen bij toe-nemende zuigspanningen. De mate waarin dit het geval is, hangt echter van de plantesoort af. Zo merkt PENMAN (136) op, dat b.v. granen en vroege aardappelen maximale opbrengsten geven bij zuig-spanningen overeenkomend met de veldcapaciteit, terwijl suikerbieten en gerst een hogere vochtspan-ning tolereren. STOLP en WESTERHOF (169) vonden maximale opbrengsten van. aardappelen en tomaten bij zuigspanningen kleiner dan overeenkomend met veldcapaciteit. Daarbij komt nog, dat de reactie van de plant verschillend is voor wat betreft de groei van vegetatieve en generatieve delen (8, 136, 179). Ter illustratie hiervan zijn de resultaten van een onderzoek van ASLYNG en KRISTENSEN (8) opgenomen in tabel 2. Hierbij werd haver verbouwd in lysimeters; waarin op 30 cm diepte verschillende zuigspan-ningen werden gehandhaafd. In het laatste geval liep deze steeds op, omdat geen water werd toege-diend.
TABEL 2. Opbrengst van haver, watergebruik en vochtopname uit de grond als gemiddelde van 3 lysimeters bij verschillende vochtspanningen op 30 cm diepte (naar ASLYNG en KRISTENSEN) Vocht-spanning (cm) 100 200 400 800 Opbrengst (gram) graan 321 ± 11,7 276 ± 7,6 278 ± 13,9 281 ± 11,0 276 ± 4,4 stro 448 ± 5,0 384 ± 8,4 359 ± 17,5 327 ± 3,3 320 ± 15,6 Verdamping (mm) 492 ± 13,3 473 ± 4,7 455 ± 23,7 404 ± 16,0 345 ± 7,7 Vochtopname uit de grond (mm) 108 ± 1,8 113 ± 5,9 127 ± 20,2 110 ± 14,2 167 ± 7,8
T A B L E 2 . Yield of oats, water consumption and uptake from the soil as an average for 3 lysimeters at different soil
moisture tensions (<?)
Uit de tabel blijkt, dat, hoewel de verdamping bij toenemende zuigspanning afneemt, de korrel-opbrengst slechts daalt tussen 100 en 200 cm. De stro-korrel-opbrengst daalt echter wel met toenemende zuigspanning. Het verschil in verdamping is niet bijzonder groot en kan voor een deel zijn veroorzaakt door verschillen in directe verdamping uit de grond, ten gevolge van een hoger vochtgehalte bij lage zuigspanningen.
H e t verkrijgen v a n een m a x i m a l e opbrengst h a n g t echter niet alleen af v a n d e vochtvoorziening. D e m a t e , w a a r i n de p l a n t een tekort a a n lucht tolereert is v a n evenveel betekenis. Zo blijkt uit onderzoek v a n M A K K I N K (103), d a t bij lage zuigspan-ningen in grasland aanzienlijke opbrengstdalingen op k u n n e n t r e d e n . Bovendien
zullen soms nog andere factoren moeten worden bezien. V a n grasland is b.v. bekend, d a t hoge voorjaarswaterstanden de produktie r e m m e n (205). Waarschijnlijk speelt de t e m p e r a t u u r van de grond hierbij een belangrijke rol, o m d a t later in het groei-seizoen de luchtvoorziening bij eenzelfde grondwaterstand wel voldoende is, ondanks de hogere C Oa- p r o d u k t i e .
3. W A T E R O P N A M E U I T D E G R O N D a. Algemeen
Uit de voorgaande paragraaf blijkt, d a t voor een goede produktie een m i n i m u m -hoeveelheid vocht ter beschikking van de plant moet staan. I n gebieden, w a a r zo-danige klimatologische omstandigheden heersen, d a t gedurende het groeiseizoen van de plant een hoeveelheid neerslag valt die geringer is d a n bovenbedoelde hoe-veelheid, is de plant voor een deel van zijn watervoorziening aangewezen op het in de grond geaccumuleerde water. Naast de kennis van de hoeveelheid water die de grond vast kan houden, is het gedeelte hiervan, dat voor de plant o p n e e m b a a r is, van groot belang.
Algemeen w o r d t aangenomen, dat de plant water a a n de grond kan onttrekken tot een bepaald vochtgehalte, het zg. verwelkingspercentage. Dit w o r d t gedefinieerd als het vochtgehalte, waarbij de planten de eerste tekenen van verwelking vertonen, w a a r v a n zij zich gedurende één n a c h t in een met w a t e r d a m p verzadigde atmosfeer niet herstellen. Dit vochtgehalte wordt bereikt, wanneer de vochtspanning 15 tot 20 a t m (pF = 4,0 tot 4,3) b e d r a a g t ; dit is enigszins afhankelijk van de plantesoort, de worteldichtheid en de snelheid w a a r m e e de uitdroging v a n de grond tot stand komt
(131, 146, 169, 179).
Bij de bepaling van het verwelkingspercentage wordt veelal gebruik gemaakt van potcultures van daarvoor geschikte planten als t o m a a t en zonnebloem. O p het tijd-stip, d a t bovengenoemde verwelkingsverschijnselen zich voordoen, wordt d a n het vochtgehalte van de grond bepaald. Door de intensieve beworteling zal dit gehalte over de gehele pot vrijwel constant zijn. O n d e r natuurlijke omstandigheden d a a r e n -tegen, zal de plant een met de diepte afnemende worteldichtheid vertonen (62, 192). O m d a t echter de maximale w a t e r o p n a m e afhangt v a n de worteldichtheid, zullen de diepere lagen in mindere m a t e worden uitgeput. D e zones r o n d o m de wortels, waarin dit wel het geval is, zullen elkaar in deze lagen niet meer overlappen. W a t e r -verplaatsing van nattere plaatsen n a a r drogere zal - als gevolg v a n de sterke daling van het capillair geleidingsvermogen van de grond bij afnemend vochtgehalte - door-gaans zo gering zijn, dat de plant hierdoor niet van vocht kan worden voorzien. Is hij d a n verder niet in staat nieuwe wortels te vormen, d a n zal verwelking optreden, zonder dat de gehele grond in de wortelzone is uitgeput.
D e kleinste vochtgehalten die door de plant in de grond veroorzaakt k u n n e n wor-den, zullen afhangen van de plante- en grondsoort en van de klimatologische omstan-digheden. Deze door BAIER met „Bodenfeuchteminima" betitelde hoeveelheid zal in n a t t e j a r e n relatief hoog, in droge j a r e n laag zijn. V o o r de bepaling v a n de voor de 10
p l a n t o p n e e m b a r e maximale hoeveelheid vocht zijn de laatstgenoemde j a r e n be-slissend. De hierin bereikte minimale vochtgehalten („Verarmungsgrenze") zijn bepalend voor de grootte v a n de bodemvoorraad. A a n het oppervlak zal het m i n i m u m -vochtgehalte vrijwel gelijk zijn aan of iets lager zijn d a n het verwelkingspercentage ; o p grotere diepten zijn daarentegen aanmerkelijk hogere w a a r d e n te verwachten.
b. Wateropname bij diepe grondwaterstand
Hieronder worden die gevallen verstaan, waarbij de grondwaterstand zich op een zodanige diepte bevindt, dat vochttoevoer uit het grondwater te verwaarlozen is. Voor eenjarige gewassen wordt in gematigde streken doorgaans een vochtont-trekkingsdiepte van 100 tot 120 cm aangegeven (9, 10, 11, 38, 59, 120, 168, 180). O n d e r extreem droge omstandigheden kan deze onttrekkingsdiepte groter zijn. Zo vonden C O L E en M A T T H E W S (38) voor wintertarwe in de Great Plains diepten v a n
1,6 tot 1,8 m . Hierbij werd de beschikbare hoeveelheid vocht berekend met b e h u l p v a n de over 30 j a r e n gemiddelde minimumvochtgehalten. Een gedeelte v a n de resul-t a resul-t e n van diresul-t onderzoek is weergegeven in resul-tabel 3.
T A B E L 3. H o e v e e l h e d e n b e s c h i k b a a r v o c h t i n c m i n verschillende l a g e n n a a r C O L E e n M A T T H E W S (38)
Laag
Loamy fine sand Fine sandy loam Very fine sandy loam Silty clay loam
0-30 cm 3,15 3,38 4,27 4,67 30-60 cm 2,36 3,17 3,48 4,16 60-90 cm 2,38 3,12 3,30 4,11 90-120 cm 2,44 2,92 3,23 3,81 120-150 cm 2,24 2,92 3,22 3,81 150-180 cm 2,13 1,65 2,16 2,18
T A B L E 3 . Available moisture in various layers of the soil (38)
GLIEMEROTH (61) bepaalde de maximale onttrekkingsdiepte door de invloed van de neerslag te elimineren. De gewassen w e r d e n ni. geteeld onder glas. Evenals in het bovengenoemde onderzoek betrof het hier een tot op grote diepte homogeen profiel. H e t vochtgehalte v a n de grond n a m bij de oogst lineair m e t de diepte toe. Hetzelfde is het geval bij een onderzoek van M O R E L en R I C H E R (120), weergegeven in fig. 1. D e daling v a n het vochtgehalte a a n de onderzijde van de lijn voor zomertarwe is, zoals uit de door de auteurs gegeven granulaire analyse blijkt, te wijten a a n een lichtere laag in het profiel. I n dit geval bedroeg de neerslag van mei tot september 5,98 cm, zodat m a g worden aangenomen dat de grond volledig was uitgeput. De totale w a t e r o p n a m e van wintertarwe uit deze lichte kleigrond was 10,44 cm, w a a r v a n 9,68 cm of 93 % uit de laag 0 tot 100 cm. Bij verwaarlozing van verschillen in dicht-heid v a n de grond en a a n n e m e n d e , d a t a a n het oppervlak het verwelkingspercentage is bereikt, blijkt de laag tot 80 cm diepte voor 90 % van het opgenomen vocht te h e b b e n gezorgd. Daarbij is 33 % van het vocht tussen veldcapaciteit en verwelking niet opgenomen.
FIG. 1.
Vochtgehalten op verschillende diepten na de oogst van luzerne ( A ) , wintertarwe ( o ) en zomertarwe ( # ) in een
klei-grond in Zd.-Frankrijk naar MOREL en RICHER (120)
0 8 16
vochtgehalte (gew. %)
moisture content (wt %)
FIG. 1.
Moisture content at various depths after harvest of alfalfa ( L). winter wheat (O) and spring wheat (0) in a clay soil in southern France after (120)
een lineaire afname v a n d e opgenomen hoeveelheid vocht m e t d e diepte (zie 197). D e hierbij gevonden lijn loopt echter iets m i n d e r steil d a n in de voorgaande gevallen. Dit k a n worden toegeschreven a a n een geringere bewortelingsdichtheid ten gevolge van het zoutgehalte van de ondergrond.
BAIER (11) vond op fijnzandige kalkarme leem in H o h e n h e i m , d a t in het droge j a a r 1949 onder erwten, rogge, t a r w e , koolzaad, haver en suikerbieten h e t
vochtge-halte o p 100 c m diepte niet daalde beneden 19 gew. % . Is hierbij a a n d e oppervlakte het verwelkingspercentage ( 1 0 % ) bereikt, d a n zal bij een lineaire afname v a n d e onttrekking met d e diepte d e laag 0-80 cm 85 % van d e totale hoeveelheid vocht ge-leverd hebben, terwijl uit deze laag 30 % v a n het verschil tussen veldcapaciteit en verwelking niet is opgenomen.
Uit deze gegevens blijkt, d a t door eenjarige gewassen een hoeveelheid water a a n de grond kan worden onttrokken, die ongeveer overeenkomt met 50 % v a n h e t ver-schil tussen veldcapaciteit en verwelking in d e wortelzone. Dit geldt d a n voor gewas-sen verbouwd i n een gematigd klimaat en op profielen w a a r i n geen lagen voorkomen, die storend werken op de wortelgroei.
Passen we bovenstaande toe op enkele Nederlandse gronden, waarvan de vochthoudendheid is weer-gegeven in tabel 4, dan levert de laag 0-80 cm bij een onttrekkingsdiepte van 120 cm gemiddeld 89 % van het beschikbare vocht.
Bovenstaande regel geldt niet voor overjarige gewassen als klaver en luzerne, waarvoor veel grotere onttrekkingsdiepten zijn vastgesteld (28, 120, 121, 143). V o o r grasland zal een veel geringere onttrekkingsdiepte gelden. E e n redelijke w a a r d e is 40 c m (44, 46a). D a a r hier echter de bovenlaag vrij dicht beworteld is, k a n wel worden aangenomen, d a t d e gehele 40 c m tot h e t verwelkingspunt wordt
terugge-TABEL 4. Waarden voor veldcapaciteit en verwelking in vol. % van enkele Nederlandse gronden naar STOLP en WESTERHOF (169) Grondsoort Zand (Westland) Zand (Wageningen) Klei (Westland) Klei (Bovenkarspel) Veen (Westland) Veldcapaciteit 8,7 18,0 36,5 43,0 39,0 Verwelking 2,0 6,8 21,5 29,0 20,0
TABLE 4. Field capacity and wilting percentage (vol. %)for some soil types in the Netherlands (169)
b r a c h t . Hetzelfde geldt voor discontinue profielen, bestaande uit een d u n n e klei- of h u m u s l a a g op een zandige ondergrond waarin de wortels niet doordringen.
c. Vochttoevoer uit het grondwater
Waterverplaatsing in een onverzadigde grond zal hoofdzakelijk in vloeibare v o r m moeten plaatshebben.
In het voor de plant belangrijke traject van zuigspanningen zal de relatieve vochtigheid van de bo-demlucht niet dalen beneden 98 % (pF 4,2). Bij 20° C is de dampspanning van water 17,5 mm (166), zodat bovengenoemde relatieve vochtigheid overeenkomt met een dampdruk van 17.2 mm. Zou dit drukverschil voorkomen over een afstand van 1 mm, dan zou bij een poriënvolume van de grond van 50 % een waterverplaatsing in dampvorm door diffusie van 0,03 mm/etmaal optreden.
De waterverplaatsing in dampvorm ten gevolge van temperatuurverschillen kan evenmin van grote betekenis zijn. Tussen 10 en 20° C neemt de verzadigingsdampdruk ongeveer met 1 mm per °C toe. Een temperatuurgradiënt overeenkomend met 1° per cm, zou dan bij een poriënvolume van 5 0 % eveneens een waterverplaatsing door diffusie van 0,03 mm/etm. tengevolge kunnen hebben. De voor de waterverplaatsing belangrijke temperatuurgradiënten treden echter alleen maar op bij bevroren grond en dit is voor ons probleem dus niet belangrijk.
D e stroming voldoet a a n wetten analoog a a n de wet v a n D a r c y voor verzadigde grond. Echter met dien verstande, d a t de doorlatendheid in het eerste geval niet constant is, doch afneemt bij kleiner w o r d e n d vochtgehalte. I n dit geval spreekt m e n veelal over capillair geleidingsvermogen in plaats v a n over doorlatendheid (24, 35,
75, 119, 145, 146, 147, 148, 167, 202). D e ouderen van bovengenoemde onder-zoekers m e n e n , d a t beneden een vochtgehalte overeenkomend m e t de veldcapaciteit, het capillair geleidingsvermogen nul is. Als zodanig geeft M O O R E (119) voor zand een p F = 1,90; voor fijnzandige leem 1,96; voor zavel 2,08 en voor klei 2,15. Nieuwere onderzoekingen (148, 167) wijzen echter uit d a t deze grootheid d a n weliswaar zeer klein is, doch dat nog waterverplaatsing mogelijk is.
Een overzicht v a n het in de literatuur gevonden v e r b a n d tussen het geleidings-vermogen en de zuigspanning voor verschillende grondsoorten is gegeven in fig. 2. Hierbij zijn de minerale gronden al n a a r gelang h u n zwaarte verdeeld in 3 groepen. V o o r zand- en kleigronden blijken alle gegevens samen een vrij redelijk verband te geven. Voor veengronden zijn te weinig metingen verricht om hierover te k u n n e n
FIG. 2.
Verband tussen het capillair geleidingsvermogen (K1) en de zuigspanning ((jj)
O Bennet sand, Superstition sand, Coastella loamy fine sand (145)
• Pachappa fine sandy loam, Milville silt loam (145) ; Ramona loam (148). Shelby silt
loam, Marshal silt loam (35).
A China silty clay loam, Preston clay ( 145) ; Yolo light clay (119) ; Komklei(202) • Peat soils (147)
<j>(cm)
K'(cm i'elm) FIG. 2.
Relation between the capillary conductivity (K1) and the moisture tension (ty)
oordelen. W e l w o r d t door RICHARDS en W I L S O N (147) verondersteld, d a t de lijn voor
deze gronden nog steiler moet zijn d a n die voor zand, hetgeen door een onderzoek
v a n M A K K I N K (107) w o r d t bevestigd.
Voor zandgronden kan tevens een indruk worden verkregen van de grootte van het capillair ge-leidingsvermogen met behulp van de door IRMAY (75) ontwikkelde formule:
K1 (S - S,)»
(2.1)
( i - s „ )
3Hierin is :
K de doorlaatfactor van de verzadigde grond, K1 het capillair geleidingsvermogen,
S de fractie van de poriën gevuld met water,
S0 de fractie van de poriën gevuld met water, dat niet deel neemt aan de stroming.
Voor waarden van S0 gelijk a a n 0,10 à 0,15 worden resultaten verkregen, die goed overeenstemmen
met de experimenten van WYCKOF en BOTSET (207). Het verloop van de verhouding K ' / K voor ver-schillende waarden van S is weergegeven in fig. 3.
Ook CHILDS en COLLIS-GEORGE (34) geven een berekeningsmethode voor zandgronden. Deze is ge-baseerd op de poriënverdeling in de grond, zoals die bepaald kan worden uit de vochtkarakteristiek. Het nadeel is echter dat de methode vrij omslachtig is en bovendien slechts het verloop van het ge-leidingsvermogen geeft. Voor de bepaling van de juiste grootte moet één waarde bekend zijn om de z.g.
„ m a t c h i n g f a c t o r " te k u n n e n b e r e k e n e n . Vergelijking v a n d e z e b e r e k e n i n g s m e t h o d e m e t d e e x p e r i -m e n t e n v a n W Y C K O F e n BOTSET l e v e r d e voor d e -m e t h o d e v a n C H I L D S e n C O L L I S - G E O R G E 10 t o t 40 % h o g e r e w a a r d e n voor KI/ K , als S ligt tussen 0,2 e n 0,7. D a a r e c h t e r te w e i n i g v e r g e l i j k i n g s m a t e r i a a l
t e r beschikking s t a a t , k a n niet w o r d e n n a g e g a a n , i n h o e v e r r e d e g e n o e m d e m e t h o d e n geschikt zijn voor d e b e r e k e n i n g v a n h e t g e l e i d i n g s v e r m o g e n . H i e r t o e zullen m e e r g e m e t e n w a a r d e n v a n z a n d g r o n d e n b e k e n d m o e t e n zijn. F I G . 3 . V e r b a n d tussen d e v e r h o u d i n g K ' / K e n d e v e r z a d i g i n g (S) v a n z a n d g r o n d volgens e x p e r i m e n t e n v a n W Y C K O F F EN BOTSET ( ) e n b e r e k e n i n g vol-gens v e r g . 2.1 m e t S0 = 0,10 ( ) e n S0 = 0 , 1 5 ( ) F I G . 3 .
Relation between the ratio KxjK and the
saturation (S) of sandy soil after experi-ments by (207) ( ) and calculation with eq. 2.1 in which SQ is 0.10 ( )
and0.15( -).
W a t de bepalingen v a n het geleidingsvermogen betreft, h e b b e n alleen die van W I N D (202) betrekking op grond in zijn natuurlijke ligging; de overige zijn alle verricht a a n geroerde monsters. O m d a t blijkt, d a t het geleidingsvermogen bij een-zelfde vochtgehalte toeneemt bij dichtere pakking van de grond (167) en d a t tevens de t e m p e r a t u u r een nog onbekende invloed uitoefent, is een n a d e r onderzoek n a a r deze invloeden gewenst. Bovendien zal de invloed v a n het hysteresiseffect n a d e r moeten worden onderzocht (35).
Uit het capillair geleidingsvermogen is de waterverplaatsing te berekenen. H e t eenvoudigste geval doet zich voor, wanneer men uitgaat van de aanwezigheid van een grondwaterstand. I n de evenwichtstoestand, waarin geen v e r d a m p i n g en/of waterafvoer optreedt, is de zuigspanning w a a r o n d e r het water op een b e p a a l d e hoogte boven het freatisch vlak staat, gelijk aan de afstand tot dit vlak. D a t deze evenwichtstoestand i n d e r d a a d optreedt moge blijken uit fig. 4, ontleend a a n VAN HEESEN (66). Hiervoor werden in het voorjaar van 1954 de in het terrein gevonden vochtgehalten van een a a n t a l kleiprofielen in het polderdistrict Veluwe vergeleken met de uit de vochtkarakteristiek bepaalde gehalten.
s 40 30 10 n
.
•y/'
/
A
A.
0 10 20 30 40 50vochtgehalte volgens pF-curve (vol. %)
moisture content according topF-curve (vol. % )
FXG. 4.
Verband tussen het vochtgehalte op verschillende hoogten boven de grondwaterstand volgens de pF-curve en het in het voorjaar op dezelfde hoogte inhet terrein ge-vonden gehalte naar VAN HEESEN (66)
Fio. 4.
Relation between the moisture content at various heights above groundwater level readfrom pF-curve and the spring moisture content in the field at the same height after (66)
V e r a n d e r i n g van de vochtspanningsgradiënt in één v a n beide richtingen veroor-zaakt een vloeistofverplaatsing. D e verticaal opwaarts gerichte stroming k a n d a n w o r d e n weergegeven door de formule :
= K1 [ - ^ - 1 | (2.2)
\ d z Hierin is :
v de stroomsnelheid in cm3/cm2 etm.,
K1 het capillair geleidingsvermogen in cm/etm.,
ty de zuigspanning in cm,
z de afstand tot het freatisch vlak in cm.
Bij een eenvoudig wiskundig verband tussen K1 en <\i is het mogelijk de benodigde vochtspanningsgradiën tvoor het transport v a n een bepaalde hoeveelheid vocht te berekenen. U i t fig. 2 blijkt, dat dit v e r b a n d voor kleigrond bij benadering is weer te geven door :
Kl = 250 <\>-2 (2.3)
Invullen van deze w a a r d e in 2.2 en omwerken geeft : d ^
/
/250 ^ + 1
Hieruit volgt voor z 1
V v/250
arctg
* /
2
iö)
+ C o n s t
-
(2.5)
Heeft n u het transport plaats vanuit het grondwater, d a n k u n n e n we ^ = 0 stellen voor z = 0, waardoor de constante = 0 wordt. D o o r d a t formule 2.3 niet geldt voor ^ < 20 . is dit niet helemaal juist, doch de hierdoor ontstane fout zal gering zijn
(zie ook 202).
Voor verschillende gevallen zal integreren van soortgelijke vergelijkingen als 2.4 niet mogelijk zijn. Oplossingen kunnen dan gevonden worden door numeriek integreren of de bepaling van ip met een benaderingsmethode als ontworpen door DE W I T (204), welke ook door WESSELING en VAN WIJK (197) is toegepast. De intervallen zullen hierbij echter kleiner moeten worden genomen dan in laatstgenoemd artikel het geval is.
I n fig. 5 is het v e r b a n d tussen z en ^ uitgezet voor verschillende w a a r d e n v a n v, berekend met de vergelijking 2.5.
Hieruit blij kt, d a t het water met een gegeven stroomsnelheid tot e e n b e p a a l d e hoogte boven het freatisch vlak kan stijgen. Zetten we de aldus gevonden w a a r d e van deze hoogte aftegen de stroomsnelheid, d a n ontstaan lijnen als in fig. 6. I n deze figuur zijn tevens de w a a r d e n opgenomen, die door ons door numerieke integratie v a n een
soort-F I G . 5.
Het verband z en ^ volgens verg. 2.5. De cijfers naast de curven geven de stroomsnelheid in cm/etm.
120
80
40
F I G . 5.
The relation between z and t\> according to eq. 2.5. Figures near curves indicate the velocity in cmjday. -; -1 -1 M I I I 1 1 1 1 1 I I I Û0§^_ 1 ' 0.2 0.3 0A 0.5 1.0 i i i 10' 10J 10' Ui (cm}
wo
S- 75 50 25't
\
A 1 t 1 1N
^
r i i i L 1 1 t 1 1 1 1 1 O 0.25 0.50 stroomsnelheid (cm/etm.) 0.75 1.0 velocity of flow (cmjday)FIG. 6.
De maximale capillaire stijghoogte bij verschillende stroomsnelheden A volgens verg 2.5.
O door WIND (202) voor komklei bere-kend
9 voor Preston clay berekende waarden A door MAZEE (111) experimenteel
bepaald
FIG. 6.
Maximum height of capillary rise for various velocities of flow
A according to eq. 2.5
O values for heavy clay after (202)
9 values for Preston clay
A experimental values for sandy soil after
(111)
gelijke vergelijking als 2.4 voor Preston clay (145) zijn verkregen, alsmede d e d o o r W I N D (202) voor komklei b e r e k e n d e en de door M A Z E E (111) experimenteel b e p a a l d e w a a r d e n voor z a n d g r o n d m e t een U-cijfer v a n 75 en een kleigehalte v a n 6 % . Vergelijken we n u de b e r e k e n d e stijghoogten m e t de door M A Z E E e x p e r i m e n t e e l b e p a a l d e , d a n blijken beide voor lage snelheden een soortgelijk verloop te v e r t o n e n . Bij hogere snelheden t r e d e n echter bij de experimentele gegevens aanmerkelijk lagere w a a r d e n o p . Deze afwijkingen k o m e n bij alle door M A Z E E o n d e r z o c h t e g r o n d e n voor. D e oorzaak h i e r v a n m o e t w o r d e n gezocht in de a p p a r a t u u r .
De bepalingen werden nl. uitgevoerd door de grond te brengen in een glazen buis (A). In deze buis werd d.m.v. een fles van Mariotte (M) een constante grondwaterstand gehandhaafd. Aan de bovenkant van de grondkolom werd water onttrokken door middel van een gazen korfje met silicagel (S). Bij de hoge grondwaterstanden moet nu de opnamesnelheid van het gel bepalend zijn geweest voor de capil-laire opstijging, zoals een eenvoudige berekening kan aantonen. Bij een volumegewicht van het gel van 0,7 en een wateropnemend vermogen van 4 0 % van zijn eigen gewicht, kan elke cm3 gel 0,28 gram
water opnemen. Bij twee maal per dag verversen van het gel komt dit - bij een capillaire opstijging van 0,28 cm per dag - neer op een verzadigde laag van 0,5 cm. Stellen we de relatieve vochtigheid van de lucht in het gel op nul, dan is de gemiddelde drukgradiënt van de waterdamp bij 20° C gelijk geweest aan 17,5:0,4 mm Hg/cm, als het gaasje een dikte had van 0,05 cm en 0,1 cm boven de grond hing. Bij een porositeit van het gel van 50 % zou dan de diffusiesnelheid gelijk moeten zijn aan 3,5 mg/cm2 dag.
Bij metingen aan een analoog apparaat met silicagel van verschillende grofheid, bleek echter de maxi-mum opnamesnelheid te liggen tussen 0,24 en 0,31 cm/dag. Bepalingen van de capillaire opstijging bij hogere grondwaterstanden is met een dergelijk apparaat alleen mogelijk, indien de opnamecapaciteit van het gel wordt verhoogd door b.v. de lucht te laten circuleren.
M e n m a g dus wel a a n n e m e n , dat de door M A Z E E gegeven w a a r d e n voor de capil-laire opstijging bij hoge grondwaterstanden te klein zijn. Bij zijn onderzoek ging het er echter meer o m de hoogte te bepalen tot w a a r o p een hoeveelheid van 2 m m / d a g op k a n stijgen, zodat minder a a n d a c h t is besteed a a n de hogere snelheden.
Berekening als bovenstaande kunnen ook worden uitgevoerd, w a n n e e r een grond-waterstand ontbreekt of zich op grotere diepte bevindt. Hierbij moet echter op een b e p a a l d e diepte een zekere zuigspanning worden a a n g e n o m e n .
V o o r gronden, w a a r i n een constante grondwaterstand w o r d t gehandhaafd, gelden voor een bepaalde v e r d a m p i n g zuigspanningscurven als weergegeven in fig. 5. H e t is echter denkbaar, d a t het spanningsverloop beïnvloed w o r d t door de beworteling van het gewas, o m d a t ook de wortels een hoeveelheid water k u n n e n transporteren. Dit k o m t d a n neer op een groter capillair geleidingsvermogen v a n de grond d a n in het l a b o r a t o r i u m w o r d t gemeten. Voor grasland toont W I N D (203) a a n , d a t deze invloed zeer gering is. V o o r bouwland kan dit echter vanwege het grotere a a n t a l wortels op grotere diepte wel het geval zijn. Uit metingen van W I N D (201) blijkt inderdaad, dat het spanningsverloop in dit geval m i n d e r steil is.
H o u d t m e n de grondwaterstand niet op een constant niveau, d a n zal deze dalen
F I G . 7.
Apparaat voor d e bepaling v a n d e capillaire opstijging, zoals gebruikt door M A Z E E (111)
F I G . 7.
onder invloed van de v e r d a m p i n g en de d a a r d o o r ontstane capillaire opstijging. Hierbij is d a n niet zonder meer te zeggen, hoeveel vocht uit het grondwater a a n d e plant ten goede komt. Een berekeningsmethode voor deze hoeveelheid zal worden gegeven in hoofdstuk I V .
4. S A M E N V A T T I N G E N C O N C L U S I E S
Voor een gewas dat voldoende water ter beschikking heeft en de grond volledig bedekt, kan met vrij grote nauwkeurigheid de v e r d a m p i n g worden berekend m e t behulp van meteorologische gegevens als relatieve zonneschijn, relatieve vochtigheid, t e m p e r a t u u r en windsnelheid. H e t teruglopen van de v e r d a m p i n g door een tekort a a n vocht in de grond is afhankelijk v a n de groeisnelheid van de wortels en de mogelijke waterverplaatsing in de grond.
De totale waterbehoefte gedurende het groeiseizoen kan worden aangegeven als percentage van de zg. potentiële verdamping. Voor akkerbouwgewassen kan dit percentage gesteld worden op 75. Voor grasland en b.v. klaver en lucerne moet het vooralsnog op 100 gesteld worden. H e t verschil in deze hoeveelheden is toe te schrij-ven a a n een verschil in bedekkingsgraad van de bodem.
H e t bestaan van een zg. „kritische p e r i o d e " is niet zonder meer bewezen, hoewel wel aanwijzingen in deze richting bestaan. Doorgaans vallen deze perioden echter samen met de tijd, dat de b o d e m v o o r r a a d is uitgeput.
W a t de w a t e r o p n a m e van de plant uit de grond betreft, kan w o r d e n a a n g e n o m e n d a t bij afwezigheid van een grondwaterstand in gematigde streken, de helft van de hoeveelheid vocht tussen veldcapaciteit en verwelking in de wortelzone door de plant kan worden opgenomen. Hetzelfde geldt indien de grondwaterstand zich op zodanige diepte bevindt, dat deze geen invloed op de beworteling heeft. Een uitzondering hierop vormt grasland, dat waarschijnlijk de bovenste 40 cm v a n de grond tot het verwelkingspercentage uit kan p u t t e n als gevolg v a n de dichte beworteling in deze laag. I n homogene profielen kan de onttrekkingsdiepte voor granen, peulvruchten en bieten gesteld worden op 1,2 m ; voor a a r d a p p e l e n op 1 m .
I n een onverzadigde grond voldoet de verplaatsing van water a a n wetten, analoog aan de wet van Darcy. Bij bekend zijn v a n het capillair geleidingsvermogen kan uit het verloop v a n de zuigspanning het capillair transport worden berekend. O m g e -keerd kan bij een bepaalde opstijgingssnelheid de benodigde zuigspanningsgradiënt worden bepaald.
I I I . DE L U C H T B E H O E F T E D E R GEWASSEN,
1. D E E I S E N D I E D E P L A N T S T E L T A A N D E L U G H T V O O R Z I E N I N GU i t d e onderzoekingen o m t r e n t d e luchtbehoefte v a n d e p l a n t (31, 36, 159) blijkt, d a t deze zowel afhangt v a n de t e m p e r a t u u r als v a n d e plantesoort. V a n de land- en tuinbouwgewassen gelden b.v. aardappelen, tomaten, erwten en maïs als zeer lucht-behoeftig. G r a n e n daarentegen stellen veel m i n d e r eisen.
O v e r het algemeen vertonen vrijwel alle planten een normale groei, wanneer h e t zuurstofgehalte in het wortelmilieu ligt boven 10 % . D a a r echter in de grond de som v a n 02 en C 02 vrijwel constant is (60, 78, 160), zou dit 02- g e h a l t e eerst bereikt worden bij ca 1 0 % C 02. N u blijkt uit C 02- b e p a l i n g e n , d a t dergelijke hoge gehalten vrijwel nooit voorkomen. E e n achteruitgang in groei zal dus veel eerder veroorzaakt worden door een te hoge C 02- , d a n door een te lage 02- c o n c e n t r a t i e (31, 98, 150).
LUNDEGAARDH (98) stelt als eis, d a t het C 02- g e h a l t e op 15 cm diepte niet boven 1 % m a g komen. O p grotere diepten k u n n e n d a n nog aanmerkelijk hogere w a a r d e n voor komen, zoals b.v. blijkt uit berekeningen v a n VAN B A V E L ( 1 5 ) , VAN D U I N (45)
en R O M E L L (150) en m e t i n g e n v a n N E L L E R (123). E e n gehalte v a n 1 % C 02 is dus
op zichzelf niet schadelijk, zoals sommige auteurs suggereren (161, 169). PETERSON (139) vermeldt, d a t volgens CHANG en LOOMIS eerst 10 à 12 % C 02 schadelijk is voor de meeste planten. H e t C 02- gehalte r o n d o m de wortels k a n echter aanmerkelijk hoger zijn d a n C 02- b e p a l i n g e n v a n de grond aangeven, o m d a t de monsters een veel groter volume omvatten (114). D i t effect zal des te groter zijn, n a a r m a t e de grond m i n d e r dicht beworteld is. Hierdoor zijn d a n ook de hoge w a a r d e n v a n CHANG en LOOMIS te verklaren. Het gemiddelde gehalte in de grond zal d a n echter aanmerkelijk kleiner moeten zijn d a n 10 à 1 2 % .
M e n k a n zich n u afvragen, welk luchtgehalte de grond moet h e b b e n om de ge-v o r m d e C 02 zo snel af te voeren, d a t dergelijke hoge gehalten in het wortelmilieu worden voorkomen.
BAVER en FARNSWORTH ( 19) vonden een sterke teruggang in de opbrengst v a n sui-kerbieten, indien de „non-capillary porosity" d.w.z. het luchtgehalte v a n de grond bij veldcapaciteit lager was d a n 1 0 % . BAVER (18) geeft dit gehalte v a n een a a n t a l grondsoorten, welke zijn opgenomen in tabel 5.
TABEL 5. Luchtgehalte van verschillende grondsoorten bij pF 2,7 naar BAVER (18) Silt loam
Clay Clay Loam
Sandy clay loam Clay
Silt loam
Quartzsand (20-40 mesh) TABLE 5. Air content of various soil types at field capacity (18)
0,13- 0,12-0,18 0,11 0,09-0,115 0,10 0,22 0,15 0,15 0,13
O o k PAYNE (129) geeft een soortgelijk overzicht, w a a r u i t blijkt, d a t dit gehalte meestal ligt bij ca. 1 0 % . VISSER (183) vond, d a t op doorgaans goed p r o d u c e r e n d e kleigronden in Groningen h e t luchtgehalte bij veldcapaciteit 1 0 % was, onafhankelijk van het kleigehalte v a n die g r o n d e n .
Aangezien de veldcapaciteit het m i n i m u m v o c h t g e h a l t e v a n de grond is d a t door ontwatering bereikt k a n worden, zijn bovengenoemde luchtgehalten blijkbaar voldoende voor h e t gewas. D e veldcapaciteit treedt echter alleen op a a n het begin van het groeiseizoen, w a n n e e r d e beworteling nog zeer ondiep is en d e C Oa p r o d u k -tie zich beperkt tot de bovenlaag, w a a r d o o r d e uitwisseling gemakkelijk plaats vindt. I n dit licht moeten ook d e door K O P E C K Y (zie 60) gegeven noodzakelijke luchtge-halten gezien worden, welke in tabel 6 zijn opgenomen.
TABEL 6. Minimum luchtgehalten voor verschillende gewassen naar KOPECKY (zie 60)
Gras Tarwe Haver Gerst Suikerbieten 0,06-0,10 0,10-0,15 0,10-0,15 0,15-0,20 0,15-0,20 TABLE 6. Minimum air content for various crops after KOPECKY (see 60)
Het moet d a n ook ten sterkste worden betwijfeld, of bovengenoemde luchtge-halten v a n de grond voldoende zijn o m de gevormde C 02 af te voeren bij grotere worteldiepten.
KOHNKE (94) gaat niet uit van een bepaald luchtgehalte van de grond, doch gebruikt de term „aeration porosity limit" om onderscheid te maken tussen grote en kleine poriën. Als grens tussen beide wordt een diameter van 60 [x aangenomen. D.w.z. dat de voor de aëratie belangrijke poriën geen water meer bevatten bij een pF = 1,7. Hij concludeert hieruit, dat de grondwaterstand minstens 90 cm moet zijn, wil de bovenste 40 cm van de grond een voldoende luchtgehalte hebben. I n wezen is dit criterium echter foutief. Een lichte grond zou dan nl. een veel grotere luchtbehoefte hebben dan een zwaardere. Immers bij een pF = 1,7 zal in de eerste al een relatief groot deel van de poriën leeg zijn, terwijl dit in de laatste nog slechts zeer klein is. Bovendien bestaat er, afgezien van natte perioden, geen evenwicht tussen grondwaterstand en vochtgehalte overeenkomend met de vochtspanningscurve. Door de verdamping treden nl. hogere zuigspanningen op dan met deze curve overeenkomen.
Strekt de activiteit v a n de wortels (en de microben) zich tot op grotere diepte uit, d a n is dus niet zonder meer te zeggen, welk luchtgehalte de grond moet h e b b e n . I n de volgende paragrafen zal d a n ook w o r d e n n a g e g a a n of voldoende gegevens bekend zijn o m het C 02- g e h a l t e v a n de grond te berekenen m e t b e h u l p v a n de fysische processen, die de uitwisseling v a n gassen tussen grond en atmosfeer bewerkstelligen.
2. D E L U C H T U I T W I S S E L I N G T U S S E N G R O N D E N A T M O S F E E R a. De diffusie in het algemeen
uitwisseling van gassen tussen grond en atmosfeer door aerodynamische stroming, veroorzaakt door verschillen in totale druk (luchtdrukveranderingen, temperatuurs-verschillen, invloed van de wind en het indringen v a n regen in de grond) vrijwel geen invloed uitoefent op de totale gasuitwisseling. E e n uitzondering hierop v o r m e n zeer grove gronden onder steile helling. Deze gevallen kan m e n echter als voor de landbouw van geen betekenis zijnde, buiten beschouwing laten. Tegenwoordig wordt d a n ook algemeen aangenomen, d a t de diffusie de enige factor is, w a a r m e e m e n bij de aëratie van de grond moet rekenen (15, 18, 45, 78, 99, 132, 142, 172).
De stationaire diffusie v a n een gas door een grondkolom, waarin dit gas niet wordt opgenomen of geproduceerd, voldoet a a n de vergelijking:
Sc
q = - D ^ (3.1)
öz Hierin is:
q de diffunderende hoeveelheid in grmol/cm2 sec, D de diffusieconstante in cm2/sec,
c de concentratie in grmol/cm3, z de afstand in cm.
V o o r het geval er per tij ds- en volume-eenheid een hoeveelheid a w o r d t geprodu-ceerd (a positief) of opgenomen (a negatief) geldt voor de verandering van de hoeveelheid gas in de grond de vergelijking :
Sq S / Sc
S t - S z
DS z +
a<
3-
2>
Voor de stationaire toestand geldt d a n :S / Sc
•+9ï[
DTz)=
0 (3-
3)Voor de berekening v a n de aëratie zullen oplossingen van deze vergelijkingen ge-zocht moeten w o r d e n (zie hoofdstuk I V ) . Hiervoor moeten echter de diffusiecon-stante van de grond en de w a a r d e van a bekend zijn. Deze grootheden en de factoren die hierop van invloed zijn, zullen dus eerst a a n een nadere beschouwing worden onderworpen.
b. De diffusieconstante van grond
De diffusie van gassen door water is ca. 104 m a a l zo klein als die door lucht (166). D é diffusie in de grond moet dus vrijwel geheel plaatshebben door de met lucht gevulde poriën. Behalve BUCKINGHAM (29) vonden alle onderzoekers d a n ook een rechtlijnig v e r b a n d tussen het met lucht gevulde poriënvolume x/ en de diffusie-constante, althans voor w a a r d e n van x; tussen 0,10 à 0,15 en 0,6.
Voor kleine waarden van x; zullen de met lucht gevulde poriën geen aaneengesloten geheel meer vor-men, waardoor de diffusieconstante nul wordt. De opgegeven waarden, waarvoor dit het geval is. lopen nogal uiteen, zoals uit het door VAN DUIN (45) gegeven overzicht (tabel 7) blijkt.
TABEL 7 Verhouding van de diffusieconstanten in grond (Dg) en in lucht (D,) en het geblokkeerd poriënvolume, naar VAN DUIN (45)
Onderzoeker PENMAN B L A K E E N P A G E TAYLOR VAN BAVEL HAGAN BUCKINGHAM VINE Materiaal „sand" glaspoeder „clay" „clay" „loam" kwartszand glaspoeder „sand", glaspoeder „fine sand",
„fine sandy loam", „loam" „clay"
sand, „clay loam" „loam" „clay" Dg/D, 0,66 x; 0,71 x, 1,3 x; -0,16 0,66 x; 0 , 9 7 xr0 , 1 0 0,78 xr0 , 0 8 0,72 X /-0,06
Geblokkeerd por. vol.
0,0 0,0 0,10 0,0 0,10 0,10 0,08 0,26-0,29 0,15 0,12 TABLE 7. The ratio D^jD^ and the fraction of air-filled pores in the soil (45)
D e w a a r n e m i n g e n v a n VAN BAVEL (15), PENMAN (132) en T A Y L O R (172) zijn
weer-gegeven in fig. 8. Rechtlijnige vereffening geeft:
Dg/ D; = 0,92 x, — 0,12 (3.4)
Evenals VAN D U I N (45) zullen wij voor onze berekeningen gebruik maken v a n de vergelijking:
Dg/D, = 0,9 x, — 0 , 1 (3.5) geldend voor 0,13 < x; < 0,6 . Beneden de w a a r d e x7 = 0,13 is de diffusieconstante
misschien niet geheel nul, doch is in elk geval wel zeer klein (172). Hieruit blijkt dus al, d a t de grond in elk geval een luchtgehalte moet h e b b e n d a t ligt boven 0,13.
Hoewel het poriënvolume met een geheel andere exponent in de vergelijkingen voor de permeabili-teit voor lucht voorkomt, vindt men ook hier voor de waarden van x, 0,10 à 0,15 een permeabilipermeabili-teit die nul is (29, 75, 207).
Volgens ( 166, p . 644) h a n g t de diffusieconstante, behalve v a n d e a a r d v a n h e t gas en het m e d i u m waardoor de diffusie plaats heeft, af van de t e m p e r a t u u r en de totale d r u k volgens :
n n
mp o
^273J p (3.6)
Hierin is T in °K, p0 en p in a t m en m = 1,75 à 2,00. D a a r de concentratie v a n het gas eveneens afhangt v a n de t e m p e r a t u u r , is de invloed hiervan op de diffusie zelf dus ongeveer de helft van die, welke voor D geldt.
D = D0
c. De CO 2-produktie
I n de literatuur zijn verschillende m e t h o d e n beschreven o m de C O 2-produktie van de grond te bepalen. Resultaten v a n deze metingen zijn in diverse artikelen vermeld (29, 69, 90, 93, 98, 99, 102, 123, 138, 162, 164, 193).
F I G . 8.
V e r b a n d tussen d e v e r h o u d i n g Dg/ D( e n x^ volgens b e p a l i n g e n v a n VAN B A VEL (T\ P E N M A N ( A ) en T A Y L O R ( O ) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
~
7'-_ l 1 1 1 1 1 1 1 1 Ö A
y
œ
y" ° X O ( f °o o o o ooo o° o i i i Ti t i i i t A 0 r o o 3 O O ] 1 t 1 1 i i 1 1o °
° ° X
o 0 X S A O /£ o °» * °
o A °A i i i i ! i M i 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 xt F I G . 8.Relation between the ratio Dg/Dj and the fraction of airfilled pores xl after experiments by VAN
B A V E L ( • ) , P E N M A N ( A ) « « ( / T A Y L O R ( O )
W a t de grootte betreft, trekt ROMELL (150) uit w a a r n e m i n g e n v a n SJÖJSTROM de conclusie, d a t de C 02- p r o d u k t i e in de zomer voor bouwland varieert van 0,55 tot 0,82 g/m2 u u r en voor bos v a n 1,2 tot 2,3 g. D e w a a r d e n v a n K O E F F (91) voor bouw-l a n d bouw-lopen uiteen v a n 0,15 tot 0,40. WURMBACH (206) geeft voor grasbouw-land w a a r d e n van 8,8 tot 11,9 g. Dit is in overeenstemming m e t de veel hogere C 02- g e h a l t e n , die RUSSELL en A P P L E Y A R D (160) in grasland v o n d e n .
U i t bovenstaande cijfers blijkt, d a t de C 02- p r o d u k t i e sterk kan variëren. D e voornaamste factoren die op de grootte ervan invloed hebben, zijn de t e m p e r a t u u r , de fysische, chemische en biologische eigenschappen v a n de grond en de aard en het ontwikkelingsstadium v a n het gewas.
D e invloed v a n de t e m p e r a t u u r blijkt duidelijk uit de w a a r n e m i n g e n van K O E P F (88, 89) M A G E R S ( 102) en WURMBACH (206). Deze invloed zal volgens LUNDEGAARDH (98, 99) tot 20° C de voornaamste factor zijn. D a a r b o v e n is het vochtgehalte v a n de grond veelal limiterend.
