Literatuurstudie

Effect van grondwaterstand op de mobiliteit van nutriënten

Authors
Affiliations

Abstract

Een van de belangrijkste punten van zorg in met water verzadigde wetlands is de toename van de nutriëntenconcentratie in het grondwater en de mogelijke verontreiniging van aangrenzende aquatische ecosystemen (d.w.z. eutrofiëring). De toename van de oplosbaarheid van fosfor (mobilisatie) en de diffusie zijn inderdaad de belangrijkste veranderingen van het stijgende grondwaterpeil. Maar ook de toename van verontreinigende gassen zoals methaan, die de mitigatie van de klimaatverandering in de weg kan staan.

Bij een stijging van het grondwaterpeil, en dus van de bodemvochtigheid, gaan bodems door het gebrek aan zuurstof over op anaërobe omstandigheden. In deze omstandigheden overheersen gespecialiseerde bodembacteriën die het organische materiaal langzaam afbreken. De afbraak van het organisch materiaal (mineralisatie) tot voornamelijk methaan en kooldioxide, en de opname van voedingsstoffen (assimilatie) zijn dan ook zeer trage processen, die leiden tot accumulatie van plantenresten. Tegelijkertijd wijzigen veranderingen in de pH de hoeveelheid oplosbare nutriënten en chemicaliën in de bodem. Anorganisch fosfor is meestal gebonden aan kleideeltjes, ijzer, aluminium en calcium. De gewijzigde pH in anaërobe omstandigheden verhoogt de oplosbaarheid van deze elementen, en de geadsorbeerde fosfor en organische koolstofverbindingen komen vrij in de bodemoplossing. Stikstof daarentegen gaat meestal als stikstofgas uit de bodem verloren. Door dit stikstofverlies is er minder oplosbare stikstof beschikbaar voor planten.

Keywords:landbouwgrondwatervernattingpaludicultuurmodelvoorspellingoogstteeltfactoren

Inleiding

Stijgende grondwaterstanden veroorzaken drastische veranderingen in het ecosysteem en in de fysische en elektrochemische eigenschappen van de bodem (Harpenslager et al. , 2015). Afhankelijk van de intensiteit van de vernatting is conventionele landbouw soms niet langer mogelijk. De toename van de mobilisatie van nutriënten in bodems die voorheen in de landbouw werden gebruikt, kan leiden tot verontreiniging van het oppervlaktewater, met ongewenste effecten in aquatische milieus (d.w.z. eutrofiëring) (Zak & Gelbrecht, 2007; Johnston et al. , 2005). Het opnieuw bevochtigen van drooggelegde veengebieden in de landbouw is bijzonder kritisch vanwege de grote hoeveelheid nutriënten en organisch materiaal (Zak & Gelbrecht, 2007). Talrijke studies wijzen op het vermogen van wetlandvegetaties zoals kattenstaart (Thypa sp. ) om overtollige stikstof en fosfor uit het oppervlakte- en poriewater te verwijderen. Als zodanig voorkomen zij accumulatie en transport van nutriënten en verminderen zij de uitstoot van methaan (CH4 ), waarvan bekend is dat deze toeneemt in overstroomde omstandigheden (Vroom et al. , 2018; Belle, 2021; Geurts et al. , 2020).

De omvang en de duur van de verzadigde bodem en de aanwezigheid van microbiologische activiteit bepalen of er wateroverlast (anaërobe omstandigheden) kan optreden (Moore et al. , 1998). Deze omstandigheden doen zich voor in vernatte wetlands, waar het waterpeil boven of iets onder het bodemoppervlak wordt gehouden. De zuurstof uit de onderliggende waterkolom kan een klein deel van het bodemoppervlak bereiken voordat het uitgeput raakt, waardoor een dunne aërobe laag ontstaat bovenop een dikkere anaërobe laag. De diepte van deze aërobe laag hangt af van de zuurstofvoorziening en de verbruikssnelheid in de bodem, en is zelfs onbestaande in bodems met veel afbreekbaar organisch materiaal aan het bodemoppervlak (Buresh et al. , 2008). Daarom zijn de chemische processen in de anaërobe laag in dit hoofdstuk het belangrijkst.

In Vlaanderen is de beschikbaarheid van zowel fosfor (P) als stikstof (N) in de bodem hoog, mede als gevolg van de intensieve veehouderij en landbouw. In de loop der jaren zijn op de Vlaamse landbouwgronden aanzienlijke P-reserves aangelegd, en de stikstofemissies (voornamelijk ammoniak) ten gevolge van landbouwactiviteiten zijn alarmerend gebleven, en vormen het aandachtspunt van de mestwetgeving (Bomans et al. , 2005; Departement Omgeving, 2022). Fosfor is gewoonlijk zeer sterk gebonden aan bodemdeeltjes, en erosie en afspoeling zijn de belangrijkste mechanismen voor het transport van P-deeltjes naar het oppervlaktewater (Bomans et al. , 2005). Onder anaërobe omstandigheden komt een deel van het gebonden fosfor in de bodemoplossing terecht en kan het via de oppervlakteafvoer en ook als oplosbaar of opgelost P worden getransporteerd (Ponnamperuma, 1972), met een ernstig risico van eutrofiëring in nabijgelegen wateren. Evenzo veroorzaken overmatige stikstofemissies en latere depositie in de bodem eutrofiëring en bodemverzuring (Departement Omgeving, 2022). Het is daarom belangrijk de mogelijke effecten van vernatting op de mobilisatie van nutriënten, gasemissies en beschikbaarheid te onderzoeken.

In dit hoofdstuk worden de belangrijkste chemische en fysische transformaties van nutriënten en andere verbonden elementen in waterige bodems (anaerobe omstandigheden) beschreven, met de nadruk op fosfor, en de mogelijke effecten daarvan op het ecosysteem.

Chemie van verzadigde bodems onder anaerobe omstandigheden

Een stijgend waterpeil veroorzaakt een snelle verschuiving van aerobe naar anaerobe bodemprocessen (Harpenslager et al. , 2015). Onder anaerobe omstandigheden bevinden bodems zich in een gereduceerde toestand in plaats van een geoxideerde toestand, wat verschillende elektrochemische veranderingen veroorzaakt zoals afname van het redoxpotentiaal, veranderingen in de pH, drastische verschuivingen in minerale evenwichten en sorptie en desorptie van ionen (Ponnamperuma, 1972). Reductie is de opname van elektronen door een oxiderende stof of acceptor, terwijl oxidatie het verlies van elektronen door een reducerende stof of donor is. Redoxpotentiaal geeft aan hoe gemakkelijk elektronen worden overgedragen van of naar chemische componenten in een oplossing. Onder anaërobe omstandigheden gebruiken facultatieve en obligate anaerobe micro-organismen organische materiaal in de bodem als substraat of donor, en geoxideerde bodemcomponenten zoals nitraat (NO3\-) of mangaandioxide (MnO2) als elektronenacceptoren in hun ademhaling. De gereduceerde componenten tijdens de anaerobe ademhaling zijn gewoonlijk koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4), ammonium (NH4\+), ammoniak (NH3), waterstofsulfide (H2S), ethyleen (C2H4), etc. (Ponnamperuma, 1972). Onder anaerobe omstandigheden heeft de bodem een lage redoxpotentiaal, omdat anaerobe bacteriën werken bij een laag energieniveau als gevolg van de onvolledige afbraak van koolhydraten (Zak & Gelbrecht, 2007; Ponnamperuma, 1972; Buresh et al. , 2008). Daarom zijn decompositie en assimilatie zeer trage processen en hopen plantenresten zich op in waterhoudende of slecht gedraineerde bodems (bv. veengebieden).

Belangrijkste elektrochemische transformaties in de bodem onder water.

Figure 1:Belangrijkste elektrochemische transformaties in de bodem onder water.

Sequentiële reductie

Tijdens de overgang van aerobe naar anaerobe omstandigheden raakt de zuurstof snel uitgeput en worden andere bodemverbindingen gebruikt als elektronenacceptoren voor anaerobe bacteriën. De keuze van deze elektronenacceptoren gebeurt ruwweg in de volgorde zoals weergegeven in tabel 1, volgens de redoxpotentiaal of elektronenactiviteit (pe) (Ponnamperuma, 1972; Amery, 2012). Hoe negatiever pe is, hoe sterker het reductiepotentieel.

Na zuurstofdepletie worden eerst MnO2 (Mn4+) of NO3\- gereduceerd tot respectievelijk Mn2+ en N2. De reductie van NO3\- begint pas nadat de zuurstofconcentratie tot een zeer lage waarde is gedaald, en hun aanwezigheid vertraagt de reductie van de volgende oxiden in de reeks. MnO2 heeft minder invloed dan NO3\- omdat het onoplosbaar is in water en slechts door enkele specifieke bacteriën als elektronenacceptor wordt gebruikt. De volgende in de reeks is ijzer(III)hydroxide Fe(OH)3 (Fe3+), dat wordt gereduceerd tot Fe2+. Onder sterk gereduceerde omstandigheden worden sulfaat (SO42-), CO2 en H\+ gebruikt als elektronenacceptor voor de bacteriële ademhaling (Ponnamperuma, 1972; Boyd, 1995).

Table 1:Opeenvolging van halve reductiereacties in ondergedompelde bodems met pe-waarden voorspeld voor gelijke concentraties van de gereduceerde en geoxideerde soorten in oplossing (Amery, 2012)

 

pe*

pH 5

pH 7

1) 1/4O2 + e- +H+ =1/2H2 O

15.6

13.6

2) 1/2MnO2 + e- +2 H+ =1/2Mn2+ +H2 O

12.8

8.8

3) 1/2NO3- + e- + H+ =1/2 NO2- +1/2 H2 O

9.3

7.3

4) Fe(OH)3 + e- +3 H+ =Fe2+ +3H2 O

4.8

-1.2

5) 1/8SO 42- + e- +5/4 H+ =1/8H2 S+1/2H2 O

-1.0

-3.5

6) 1/8CO2 + e- + H+ =1/8CH4 +1/4H2 O

-2.1

-4.1

7) H+ + e- =1/2H2

-5.0

-7.0

8) 1/4CO2 + e- +H+ =1/4CH2 O+1/4H2 O

-6.1

-8.1

* voor vaste fase/oplossingsevenwichten: concentraties van opgeloste stoffen van 10-4 M. Atmosferische gassamenstelling aangenomen: partiële druk van O2 van 0,21 bar, N2 van 0,778 bar, en CO2 van 3,2 10-4 bar.

Zuurstof en andere gassen

In verzadigde omstandigheden kunnen zuurstof en andere gassen zich alleen door de bodem verplaatsen door moleculaire diffusie in het poriewater. Dit proces is veel trager dan diffusie door met gas gevulde poriën (ongeveer 10000 keer trager), en daarom neemt de zuurstofdiffusiesnelheid sterk af wanneer de bodem verzadigd raakt. Binnen enkele uren na verzadiging is alle beschikbare moleculaire zuurstof in het water of in de bodem uitgeput door micro-organismen. In deze anaerobe omstandigheden worden tijdens de ademhaling en alcoholische gisting behalve kooldioxide (CO2) ook andere tussengassen geproduceerd, zoals methaan (CH4) en ethyleen (C2H4), die zich in de bodem ophopen en uiteindelijk ook in de atmosfeer terechtkomen (Moore et al. , 1998).

pH

De pH van de bodem is een maat voor de concentratie waterstofionen in de bodemoplossing. De waarde varieert van 0 tot 14, waarbij 5,5 tot 8,0 als ideaal voor plantengroei wordt beschouwd. Bodems met een lage pH-waarde (<5,5) worden als zuur beschouwd, terwijl bodems met een hoge pH-waarde (>8,0) als alkalisch worden geclassificeerd (Rengasamy, 2022). De pH stijgt in verzadigde zure bodems en daalt in verzadigde alkalische bodems, totdat beide een relatief stabiele waarde van ongeveer 7 bereiken (Ponnamperuma, 1972). Dit is te zien in verschillende experimenten die uitgevoerd zijn bij vernattingsprojecten (Zak & Gelbrecht, 2007; Riet et al. , 2013). De stijging van de pH in zure bodems heeft te maken met bodemreductieprocessen, terwijl de daling ervan in alkalische bodems het gevolg is van CO2 accumulatie. Dit fenomeen kan echter veranderen afhankelijk van het organische stof- en ijzergehalte. Organische stof en ijzer versterken de daling van de pH in basische of alkalische bodems, terwijl ze de stijging van de pH in zure bodems beperken (Ponnamperuma, 1972).

De pH beïnvloedt in hoge mate de hydroxide-, carbonaat-, sulfide-, fosfaat- en silicaat-evenwichten in overstroomde bodems. Deze evenwichten regelen hun chemische en fysische omzettingen, waaronder neerslag en oplossing van vaste stoffen, sorptie en desorptie van ionen (Ponnamperuma, 1972); en uiteindelijk hun beschikbaarheid in de bodemoplossing en voor de planten.

Temperatuur

De bodemtemperatuur bepaalt hoofdzakelijk de zuurstofdepletiesnelheid in overstroomde bodems. Bij lage temperatuur is de biologische activiteit van planten en bodemmicro-organismen laag en dus ook de zuurstofbehoefte. De zuurstofbehoefte neemt echter exponentieel toe met de temperatuur. Bij een hogere temperatuur groeien planten sneller en neemt de microbiologische activiteit toe, waardoor de zuurstofbehoefte in warme omstandigheden snel afneemt (Moore et al. , 1998). De temperatuur heeft dus een sterk effect op de bodemreductieprocessen in overstroomde bodems (Ponnamperuma, 1972).

Transformatie van fosfor

In de bodem is fosfor (P) aanwezig aan bodemdeeltjes, als mineralen zoals Fe-Al oxiden en Ca-carbonaten, als onderdeel van organisch materiaal en een zeer klein percentage opgelost in de bodemoplossing (Bomans et al. , 2005). Fosfor (P) is een beperkende voedingsstof voor de groei van gewassen, vooral tijdens de vegetatieve fase. In Vlaanderen variëren de kritische P-waarden voor optimale plantengroei van 59 mg P/kg droge grond in wintertarwe tot 164 mg P/kg droge grond in maïs (Stijn Martens et al. , 2020). Oplosbare vormen van P zoals orthofosfaat-ionen (H2PO4\- en HPO42-) worden door planten geabsorbeerd en aan de vruchten en zaden toegewezen tijdens de voortplantingsfase (Bomans et al. , 2005). Overtollig oplosbaar P gaat verloren door afspoeling en uitspoeling. De belangrijkste transformaties van fosfor in de bodem zijn hieronder geïllustreerd.

Fosforroutes en transformaties in de bodem. Aangepast van Prasad & Chakraborty (2019).

Figure 2:Fosforroutes en transformaties in de bodem. Aangepast van Prasad & Chakraborty (2019).

De rol van het kleigehalte en de bodemmineralogie

Anorganisch P heeft een hoge affiniteit met kleideeltjes, ijzer (Fe), aluminium (Al) en calcium (Ca) oxiden in de bodem (Prasad & Chakraborty, 2019; Zak & Gelbrecht, 2007). IJzer- en aluminiumfosfaten overheersen in zure bodems en sedimenten, terwijl calciumfosfaten aanwezig zijn in alkalische bodems (Ponnamperuma, 1972). In anaerobe omstandigheden, als gevolg van de stijging van de pH in zure bodems en de daling in alkalische bodems, worden onoplosbare ijzer-, aluminium- of calciumoxiden gereduceerd tot oplosbare vormen (Fe2+ , Al2+ , Ca\+ ), die zich gemakkelijk in de bodemoplossing kunnen verplaatsen (Ponnamperuma, 1972). Geadsorbeerd fosfor komt dan vrij en wordt deel van de bodemoplossing. Kleiachtige bodems of bodems met hoge concentraties Fe, Al of Ca oxiden, hebben een grotere P adsorptiecapaciteit en daarom zal de beschikbaarheid van P groter zijn wanneer een groter deel van de bodem verzadigd raakt (Prasad & Chakraborty, 2019). Riet et al. (2013) vonden dat P-waarden in opnieuw vernatte veengronden en met klei bedekte veengronden tot 11,7 mg P-PO4/l bedroegen, waarbij dit in verzadigt veen hoger was vanwege een grotere beschikbaarheid van ijzergebonden fosfor in die omgevingen. Onder verzadigde omstandigheden wordt ook mangaandioxide (MnO2, Mn4+) gereduceerd tot oplosbare mangaanionen (Mn2+). Hoge concentraties Fe2+ en Mn2+ ionen kunnen giftig zijn voor planten (Ponnamperuma, 1972).

Mineralisatie- en transportprocessen

Mineralisatie is het proces waarbij in organisch materiaal aanwezige nutriënten (C, P, N, K) worden omgezet in anorganische verbindingen die gemakkelijk beschikbaar zijn voor planten. Dit proces wordt versterkt bij een hoger bodemvochtgehalte, omdat bodemmicro-organismen de voorkeur geven aan een natter milieu (Whalen et al. , 2001). Het vertraagt onder anaerobe omstandigheden, omdat anaerobe bacteriën langzamer werken. Het is duidelijk dat bij een hoger gehalte aan organisch materiaal (d.w.z. veengebieden) meer beschikbare vormen van P in de bodem kunnen vrijkomen (Prasad & Chakraborty, 2019). Verder kunnen organische moleculen zoals humuszuren sorptie- en neerslagprocessen van fosfaat belemmeren, wat leidt tot meer beschikbaarheid van oplosbaar P in de bodem (Amery & Vandecasteele, 2015; Prasad & Chakraborty, 2019). Zak & Gelbrecht (2007) vonden dat de hoogste oplosbare P-concentratie in poriewater (143 µM) werd gemeten in sterk afgebroken veen, terwijl verwaarloosbare toenames werden gevonden in licht afgebroken veen.

Oppervlakteafvoer is de belangrijkste hydrologische route van fosforverlies van de bodem naar het oppervlaktewater (Prasad & Chakraborty, 2019), vooral in landbouw- en veeteeltgebieden. Afvloeiend water transporteert deeltjes P binnen geërodeerde bodemdeeltjes, en opgelost P. Diffusie van het oplosbare P hangt sterk af van het bodemvochtgehalte. Opgelost P verplaatst zich door de bodemporiën met het water en kan dus gemakkelijker worden getransporteerd en verloren gaan door afstroming bij hoge grondwaterstanden (Amery & Vandecasteele, 2015). De oppervlakteafvoer tijdens regenval is hoger in verzadigde bodems, en het risico van P-verliezen neemt toe in gebieden met een hoog P-overschot zoals het geval is in Vlaanderen.

Transformatie van stikstof

Net als fosfor is stikstof een essentiële voedingsstof voor de groei, ontwikkeling en voortplanting van gewassen (Moore et al. , 1998). Het is in bodems en sedimenten vooral aanwezig als ammonium (NH4\+ ), moleculaire stikstof (N2 ), nitriet (NO2\- ), nitraat (NO3\- ) en complexe organische stoffen (die niet gemakkelijk beschikbaar zijn voor opname door planten) (Ponnamperuma, 1972). De omzettingen zijn grotendeels afhankelijk van microbiële activiteit die wordt gestuurd door fysische en chemische kenmerken van de bodem, zoals organisch materiaal, temperatuur, bodemvocht en pH. Ammonium en nitraat zijn oplosbare vormen van stikstof, die makkelijk beschikbaar zijn voor planten. In anaerobe bodems zijn de belangrijkste transformaties de accumulatie van NH4\+, denitrificatie en stikstoffixatie (Ponnamperuma, 1972). De meeste stikstof gaat uit de bodem verloren in de vorm van stikstofgas (N2); door dit stikstofverlies is er minder opgelost stikstof beschikbaar voor planten.

Stikstofroutes en -transformaties. Aangepast van ESN (2020).

Figure 3:Stikstofroutes en -transformaties. Aangepast van ESN (2020).

Accumulatie van ammonium

Nadat het grondwaterpeil is gestegen tot er volledige bodemverzadiging optreedt, putten micro-organismen de resterende zuurstof snel uit. Bij gebrek aan zuurstof kan de chemische omzetting van organische stikstof (mineralisatie) niet verder gaan in de omzetting in NO3\-, en bijgevolg hoopt NH4\+ zich op in de bodem (Buresh et al. , 2008). Ook het feit dat anaerobe bacteriën een lage stikstofbehoefte hebben, draagt bij aan een snellere ammoniumafgifte en -accumulatie (Tusneem, 1971). Riet et al. (2013) rapporteerden dat een hoge ammoniumafgifte (4,8 mg N-NH4\+/l) werd waargenomen in vernatte veengebieden. Ook Zak & Gelbrecht (2007) zagen dat de bovenste sterk ontbonden veenlaag vooral verantwoordelijk was voor de hoge mobilisatie van ammonium na vernatting, vanwege de beschikbaarheid van afbreekbaar organisch materiaal. Vervluchtiging van ammoniak is een andere route van stikstofverlies uit overstroomde en bemeste bodems. Een hoge pH (7,5 tot 10) en temperatuur bevorderen het verlies van toegevoegde meststoffen door ammoniakvervluchtiging (Buresh et al., 2008).

Denitrificatie en stikstoffixatie

Denitrificerende bacteriën gebruiken NO3\- in plaats van zuurstof als oxidatiemiddel om stikstof om te zetten in stikstofgas (N2), dat uiteindelijk ontsnapt naar de atmosfeer (Ponnamperuma, 1972). In aanwezigheid van een hoge beschikbaarheid van nitraat (d.w.z. door bemesting, plantenresten) kan onvolledige denitrificatie door een tekort aan zuurstof leiden tot lachgasemissies (N2O) (Vroom et al. , 2018; IPV, 2022). Vastgesteld is dat lachgas verwaarloosbaar is in wetlands de vernat werden (Vroom et al. , 2018). In overstroomde bodems kan ammonium in de dunne bovenste aerobe laag worden omgezet in nitraat en diffunderen naar de anaerobe zone, waar het wordt gedenitrificeerd (Tusneem, 1971).

Het zuurstofgebrek en de grote hoeveelheid opgeloste organische koolstof bevorderen ook de biologische stikstofbinding door cyanobacteriën. Dit proces doet zich typisch voor in rijst ‘paddies’ (Buresh et al. , 2008).

Andere transformaties

Omzetting van koolstof

De belangrijkste omzetting van koolstof onder natte omstandigheden is de afbraak van het organische materiaal (bijv. koolhydraten) door bodemmicro-organismen tijdens de respiratie (Ponnamperuma, 1972). Deze omzetting verloopt veel trager dan in aerobe omstandigheden, omdat bij deze omzettingen veel minder energie vrijkomt. Methaan (CH4) is het typische eindproduct van de anaërobe afbraak van organisch materiaal, gewoonlijk vergezeld van kleinere hoeveelheden koolstofdioxide (CO2), organische zuren en waterstof (Ponnamperuma, 1972). De uitstoot van CH4 is een van de belangrijkste problemen in vernatte veengebieden omdat het een zeer verontreinigend gas is. In bodems die rijk zijn aan organisch materiaal kan CO2 zich ophopen in het poriewater en carbonaten oplossen (Zak & Gelbrecht, 2007).

Naast P zijn ijzeroxiden ook gebonden aan organische koolstofstofverbindingen. Bij de reductie van deze oxiden onder anaerobe omstandigheden komt opgeloste organische koolstof (DOC) vrij in de bodemoplossing (Zak & Gelbrecht, 2007; Harpenslager et al. , 2015; Maranguit et al. , 2017).

Sulfaat transformatie

In zeer slecht gedraineerde bodems wordt sulfaat (SO42-) gereduceerd tot sulfide (S2\-) en soms tot waterstofsulfide (H2S) (Moore et al. , 1998). H2S kan met zware metalen reageren tot onoplosbare sulfiden, of waterstof leveren aan fotosynthetische zwavelbacteriën (Ponnamperuma, 1972). Zak & Gelbrecht (2007) stelden vast dat de sulfaatconcentratie sterk toenam na vernatting, maar ook weer snel afnam in de bovenste, sterk vergane veenhorizont.

Effecten op waterkwaliteit en biodiversiteit

Een toename van de beschikbaarheid van nutriënten in de bodemoplossing, met name fosfor (P), kan leiden tot verontreiniging van plaatselijke semi-aquatische ecosystemen. Deze toename is agronomisch gezien onbeduidend omdat fosfor en stikstof beperkende nutriënten zijn voor de gewasgroei, maar kleine concentraties in het water (20 μg/l) kunnen aquatische ecosystemen al aantasten en de waterkwaliteit verminderen (Bomans et al. , 2005). De hoeveelheid P die in het water vrijkomt is afhankelijk van de beschikbaarheid ervan in verschillende vormen in de bodem, hetzij in het organische materiaal, gehecht aan ijzer (Fe), aluminium (Al) en calcium (Ca) deeltjes, hetzij als fosfaatmineralen. Ook de Fe/P-verhouding bepaalt de uitvoer van P uit eutrofe wetlands naar nabijgelegen waterlichamen (Zak et al. , 2004). Stikstofverontreiniging van de bodem door atmosferische depositie van stikstof is minder waarschijnlijk onder waterige omstandigheden omdat de uitstoot van verontreinigende gassen zoals ammoniak en stikstofoxiden zeer gering is.

In het geval van vernatting van veengebieden wordt de artifici¨ele verwijdering van de sterk vergane toplaag beschouwd als een mechanisme om koolstofverliezen, P- en N-mobilisatie en uiteindelijk eutrofiëringsproblemen te verminderen (Zak & Gelbrecht, 2007; Harpenslager et al. , 2015). Verwijdering van bovengrond kan ook voorkomen dat snelgroeiende planten in voedselrijk water (bijv. lisdodde, riet) de overhand nemen en de biodiversiteit van het wetland verminderen (Harpenslager et al. , 2015). Deze methode is echter duur (Klimkowska et al. , 2010). Een alternatieve oplossing is het gebruik van paludicultuurgewassen in een eerste fase om overtollige nutriënten te absorberen en de verspreiding en accumulatie van nutriënten te voorkomen (Vroom et al. , 2018; Geurts et al. , 2020). Paludicultuur wordt in het volgende hoofdstuk nader toegelicht.

Referenties

Amery, F. (2012). Milieuchemie - Soil & water Lecture notes 2012-2013.

Amery, F., & Vandecasteele, B. (2015). Wat weten we over fosfor en landbouw? Deel 1: Beschikbaarheid van fosfor in bodem en bemesting (p. 98). Instituut voor Landbouw-, Visserij- en Voedingsonderzoek.

Belle, J. (2021). Natte teelt voor waterkwaliteit Verkenning van de bijdrage van paludicultuur aan waterkwaliteitsverbetering in een Friese polder [Techreport]. Hogeschool Van Hall Larenstein.

Bomans, E., Fransen, K., Gobin, A., Mertens, J., Michiels, P., Vandendriessche, H., & Vogels, N. (2005). Aanpak van fosforgerelateerde problemen in de landbouwpraktijk Eindrapport aan de Europese Commissie (p. 283) [Techreport]. Bodemdienst van België.

Boyd, C. E. (1995). Soil Organic Matter, Anaerobic Respiration, and Oxidation-Reduction. In Bottom Soils, Sediment, and Pond Aquaculture (blz. 194-218). Springer US. 10.1007/978-1-4615-1785-6_6

Buresh, R. J., Reddy, K. R., & Kessel, C. (2008). Nitrogen Transformations in Submerged Soils (p. 36) [Techreport].

Departement Omgeving. (2022). Programmatische aanpak stikstof [Techreport].

ESN. (2020). De stikstofcyclus, uitgelegd.

Geurts, J. J. M., Oehmke, C., Lambertini, C., Eller, F., Sorrell, B. K., Mandiola, S. R., Grootjans, A. P., Brix, H., Wichtmann, W., Lamers, L. P. M., & Fritz, C. (2020). Nutrient removal potential and biomass production by Phragmites australis and Typha latifolia on European rewetted peat and mineral soil. Science of The Total Environment, 747, 141102. 10.1016/j.scitotenv.2020.141102

Harpenslager, S. F., van den Elzen, E., Kox, M. A. R., Smolders, A. J. P., Ettwig, K. F., & Lamers, L. P. M. (2015). Herbevochtiging van voormalige agrarische veengebieden: Topsoil removal as a prerequisite to avoid strong nutrient and greenhouse gas emissions. Ecological Engineering, 84, 159-168. 10.1016/j.ecoleng.2015.08.002

IPV. (2022). Samen 5 jaar zoeken naar duurzaam landgebruik in het veenweidegebied Eindrapportage Innovatie Programma Veen 2017-2022 (p. 64) [Techreport].

Johnston, A. E., Dawson, C. J., & Agricultural Industries Confederation. (2005). Fosfor in de landbouw en in relatie tot de waterkwaliteit. Agricultural Industries Confederation.

Klimkowska, A., Dzierża, P., Brzezińska, K., Kotowski, W., & Mędrzycki, P. (2010). Kunnen we de hoge kosten van natuurherstel afwegen tegen de methode van bovengrondse verwijdering? Gevalsstudie uit Polen. Tijdschrift voor Natuurbehoud, 18(3), 202-205. 10.1016/j.jnc.2009.09.003

Maranguit, D., Guillaume, T., & Kuzyakov, Y. (2017). Effecten van overstroming op de mobilisatie van fosfor en ijzer in sterk verweerde bodems onder verschillende landgebruikstypen: Kortetermijneffecten en mechanismen. CATENA, 158, 161-170. 10.1016/j.catena.2017.06.023

Moore, G. A., Agriculture Western Australia, & National Landcare Program (W.A.). (1998). Soilguide: a handbook for understanding and managing agricultural soils. Landbouw West-Australië.

Ponnamperuma, F. N. (1972). The Chemistry of Submerged Soils. In Advances in Agronomy (Vol. 24, pp. 29-96). Elsevier. 10.1016/S0065-2113(08)60633-1

Prasad, R., & Chakraborty, D. (2019). Fosfor Basics: Understanding Phosphorus Forms and Their Cycling in the Soil. Alabama A&M University.

Rengasamy, P. (2022). Fact Sheets Soil pH - SA.

Stijn Martens, Wendy Odeurs, Annemie Elsen, Sophie Nawara, Fien Amery, & Hilde Vandendriessche. (2020). Critical Soil Phosphorus Values for Yield Reduction in Intensive Agricultural Systems. Journal of Agricultural Science and Technology B, 10(2). 10.17265/2161-6264/2020.02.001

Tusneem, M. (1971). Stikstoftransformaties in waterhoudende grond. LSU Agricultural Experiment Station Reports, 657.

van de Riet, B. P., Hefting, M. M., & Verhoeven, J. T. A. (2013). Herbevochtiging van gedraineerde veenweiden: Risks and Benefits in Terms of Nutrient Release and Greenhouse Gas Exchange. Water, Lucht, & Bodemverontreiniging, 224(4). 10.1007/s11270-013-1440-5

Vroom, R. J. E., Xie, F., Geurts, J. J. M., Chojnowska, A., Smolders, A. J. P., Lamers, L. P. M., & Fritz, C. (2018). Typha latifolia paludicultuur verbetert effectief de waterkwaliteit en vermindert de uitstoot van broeikasgassen in opnieuw bevochtigde veengebieden. Ecological Engineering, 124, 88-98. 10.1016/j.ecoleng.2018.09.008

Whalen, J., Chang, C., & Olson, B. (2001). Nitrogen and phosphorus mineralization potentials of soils receiving repeated annual cattle manure applications. Biologie en vruchtbaarheid van de bodem, 34(5), 334-341. 10.1007/s003740100416

Zak, D., & Gelbrecht, J. (2007). De mobilisatie van fosfor, organische koolstof en ammonium in de beginfase van veenvernieuwing (een casestudy uit Noord-Duitsland). Biogeochemie, 85(2), 141-151. 10.1007/s10533-007-9122-2

Zak, D., Gelbrecht, J., & Steinberg, C. E. W. (2004). Phosphorus Retention at the Redox Interface of Peatlands Adjacent to Surface Waters in Northeast Germany. Biogeochemistry, 70(3), 357-368. 10.1007/s10533-003-0895-7

References
  1. Geurts, J. J. M., Oehmke, C., Lambertini, C., Eller, F., Sorrell, B. K., Mandiola, S. R., Grootjans, A. P., Brix, H., Wichtmann, W., Lamers, L. P. M., & Fritz, C. (2020). Nutrient removal potential and biomass production by Phragmites australis and Typha latifolia on European rewetted peat and mineral soils. Science of The Total Environment, 747, 141102. 10.1016/j.scitotenv.2020.141102
  2. Harpenslager, S. F., van den Elzen, E., Kox, M. A. R., Smolders, A. J. P., Ettwig, K. F., & Lamers, L. P. M. (2015). Rewetting former agricultural peatlands: Topsoil removal as a prerequisite to avoid strong nutrient and greenhouse gas emissions. Ecological Engineering, 84, 159–168. 10.1016/j.ecoleng.2015.08.002
  3. Klimkowska, A., Dzierża, P., Brzezińska, K., Kotowski, W., & Mędrzycki, P. (2010). Can we balance the high costs of nature restoration with the method of topsoil removal? Case study from Poland. Journal for Nature Conservation, 18(3), 202–205. 10.1016/j.jnc.2009.09.003
  4. Ponnamperuma, F. N. (1972). The Chemistry of Submerged Soils. In Advances in Agronomy (pp. 29–96). Elsevier. 10.1016/s0065-2113(08)60633-1
  5. Zak, D., Gelbrecht, J., & Steinberg, C. E. W. (2004). Phosphorus Retention at the Redox Interface of Peatlands Adjacent to Surface Waters in Northeast Germany. Biogeochemistry, 70(3), 357–368. 10.1007/s10533-003-0895-7