Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 2: Ecologie (enkel algemene zaken en termen !!) Wat is ecologie? Is onderdeel van biologie → bestudeert de relaties tussen organismes (planten, dieren, schimmels, algen en bacteriën) onderling en in verhouding met de abiotische omgeving Ecologische (biologische) landbouw en voeding is een verzamelnaam voor landbouwmethoden en voedingsmiddelen die voldoen aan bepaalde eisen op het gebied van milieu, natuur en landschap, het welzijn van dieren en productiemethoden
Aandachtsgebieden van ecologie Plantenecologie → de ecologische relaties tussen planten onderling en met hun omgeving Vb: onderzoek naar de optimale verdeling van bladoppervlak en bladstikstof in een vegetatie in relatie tot de productieviteit Vb: veldonderzoek naar de effecten van verschillende soorten van beheer op de vegetatiesamenstelling van bepaalde graslanden Dierenecologie → de ecologische relaties tussen dieren onderling en met hun omgeving Vb: onderzoek naar prooi-predator relaties binnen een bepaald ecosysteem Evolutionaire ecologie en paleo-ecologie → de ecologische relaties en ecosystemen in de loop van de tijd (evolutionaire ecologie) of van een heel lange tijd geleden (paleo-ecologie) Vb evolutionair: onderzoek naar de selectiedruk op bepaalde relaties en de gevolgen hiervan op de dynamica van een bepaald ecosysteem Vb: paleo: onderzoek naar bepaalde ecologische veranderingen en processen die zich in het verre verleden hebben afgespeeld Ontstaan van terrestrische en mariene ecosystemen Ecologische gevolgen van grootschalige klimatologische veranderingen (ijstijden) Systeem- en theoretische ecologie → onderzoek naar de dynamica en het functioneren van ecosystemen, waarbij men met behulp van wiskundige moddelen de stof- en energiestromen in en tussen ecosystemen kwantitatief in kaart probeert te leggen Vb: ecologisch onderzoek naar de mondiale koolstofkringloop Landschapsecologie → onderzoek op grote schaal waarbij vooral gekeken wordt naar biogeochemische interacties tussen ecosystemen in het landschap Vb: onderzoek naar de ecologische effecten van eutrofiering van natuurgebieden, als gevolg van extensieve overbemesting van nabijgelegen landbouwgebieden
Enkele begrippen Biosfeer: het gedeelte van de aarde waar leven mogelijk is. De biosfeer is het leefgebied van alle aardse organismen; in de vaste aardbodem is de biosfeer met uitzondering voor bacteriën enkele meters diep, in de lucht is hij enige km hoog en in het water strekt hij zich uit tot op zeer grote diepten Ecosysteem: deel van biosfeer met min of meer natuurlijke grenzen zoals bos of zee. In een ecosysteem leven kenmerkende organismen onder gelijke omstandigheden Habitat: plaats waar een bepaald organisme leeft of groeit Biotoop: de kleinst mogelijke geografische onderverdeling van de habitat → dus een gebied met een uniform landschapstype waarin bepaalde planten of dieren kunnen gedijen Microhabitat: de onmiddelijke omgeving van de plant of het dier binnen de habitat Bioom: verzameling van flora en fauna die in een habitat leeft en een bepaalde topografie bezet. Eutrofiering: het verschijnsel dat door toevoer van een overmaat aan voedingsstoffen een sterke groei en vermeerdering van bepaalde soorten optreedt, waarbij meestal de soortenrijkheid of biodiversiteit echter juist sterk afneemt. (bv in zoet water waar door uitspoeling veel meststoffen in terechtkomen, met name stikstof en fosfaat. Het resultaat is een sterke algengroei Niche: aanduiding voor de plaats die een soort of een populatie in een ecosysteem inneemt: beschrijving kan levensloop van organisme, zijn habitat, en/of zijn plaats in de voedselketen omvatten Abiotische factoren: externe factoren die geen biologische oorsprong hebben (bodem, klimaat, gesteente) Stel: abiotische factoren in een omgeving veranderen ⇒ de organismen met deze eigenschappen die tegen deze veranderingen bestand zijn gaan het overleven Zonering: verschijnsel dat in gebieden met een graduele overgang in biotische factoren er zones te onderscheiden zijn met ieder een eigen soortensamenstelling Biodiversiteit: verscheidenheid in genen, soorten en ecosystemen binnen een regio. Aantal beschreven levensvormen op aard= +/- 4 miljoen.
Stijn Vandelanotte
-1-
Bodemkunde: theorie Bepalende factoren Inleiding Ecosysteem: interactie tussen abiotische factoren, biotische factoren en de mens Abiotische factoren → wetenschapdisciplines Klimaat (klimatologie) Gesteente of moeder materiaal (aardkunde-geologie) Relief en expositie (geomorfologie) Grond en oppervlakte water (hydrologie) Bodem (bodemkunde) Biotische factoren → wetenschapdisciplines Plantenwereld (plantkunde) Dierenwereld (dierkunde) Mensenwereld (menswetenschappen) De samenhang tussen deze factoren leidt tot het onderscheiden op landschapsschaal van homogene eeneheden, de zgn. ecotopen
Landschapsecologische factoren en hun invloed op processen Algemeen: De onderscheiden factoren sturen de landbouwecologische processen die op hun beurt de abiotische condities ter plekke grotendeels bepalen Klimaat Ecologisch relevante kenmerken: zonnestraling, temperatuur, neerslag, verdamping en wind Neerslag: gemiddeld 750-800mm per jaar Zomer → hoge verdamping → neerslag tekort Zomer → vochtopname en verdamping door gewassen → daling van grondweerstand Geologie: aard vh gesteente en moedermateriaal Algemeen: wordt vooral besproken in hoofdstuk 4-7 Belangrijk voor: vorming van bepaalde landschapsvormen, moedermateriaal van de bodems In Vlaanderen: zand, zandleem, leemstreek, polders Sedimentkringloop !!!! Grote kringloop Tektoniek → breuken, verschuivingen en plastische vervormingen → troggen → sedimentatie →tektoniek → gebergtevorming (∆T = miljoenen jaren) Kleine kringloop Verwering of erosie ♦ fysisch (T, wind, waterstromen) ♦ chemische (oplossen van gesteenten) ♦ biologisch (splijting van bv boomwortels)) → transport (waterstroming, wind) naar land + naar zee → afzetting van verweringsmateriaal op het land + in zee Geomorfologie – reliëf Wat? Bespreking van Landschapsvormen → heuvel, beekvallei, polder processen die plaatsvinden aan het oppervlak → erosie, sedimentatie door wind en water Rechtstreekse Invloed van reliëf op vegetatie Via expositie van hellingen: op het zuiden gerichte hellingen warmen sneller op en zijn droger dan de op het noorden gerichte hellingen Bij sterk uitgesproken hoogteverschillen: verschillende ecosystemen met de hoogte door verschillen in temperatuur → verschillen in fauna en flora Water – hydrologie Algemeen Belangrijk voor: functioneren v/e ecosysteem Zowel kwaliteit, kwantiteit vh water en zowel vh oppervlakte water als het grondwater Watersysteem: door stroming samenhangend geheel van grond en oppervlakte water Verplaatsen van polluenten (nuttig) Verplaatsen van schadelijke stoffen uit de bodem en elders processen negatief bijsturen (slecht) Grondwatersysteem: bepaald door klimatologische, geologische en geomorfologische factoren
Stijn Vandelanotte
-2-
Bodemkunde: theorie Waterkringloop (niet kennen, enkel bepaalde termen) Evaporatie: verdamping oiv zonne-energie Transpiratie: verdamping van water uit plantenweefsel Evapotranspiratie: combinatie van beide voorgaande processen Condensatie: door afkoeling met warme lucht met de vorming van waterdruppels → vorming wolken → afkoeling → neerslag Interceptie: water door vegetatie dek opgevangen (10-20% verdampt), rest naar bodem via kroondrup Run-off: oppervlakktige afvloei van water langs hellingen (erosie) Infiltratie: doordringen water in bodem (bodemwater, grondwater) Percolatie: doorsijpelen water in bodem naar grondwatertafel Waterhoeveelheid Verloop van grondwaterstand: directe invloed op beschikbaarheid van vocht voor de plant Opname door + uit: rechtstreeks op te nemen uit de verzadigde zone capillair opstijgend water uit de onverzadigde zone via porien van wortels (hangwater) Watersamenstelling Biotoop: ifv samensteling van grond of oppervlaktewater Samenstelling: ifv processen in bodem en water Bv: erosie, oplossing, reductie, ionenuitwisseling Belangrijkste chemische veranderingen in samenstelling door: Verwering van kalkhoudende sedimenten in watervoerende pakketten ♦ 1/ 2H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ H3O-+ +HCO3♦ 2/ CaCO3 + H3O+ ↔ Ca++ + HCO3-+H2O Infiltrerend regenwater: lichtzuur + CO2 → koolzuur → aantasting vd mineralen → aanrijking grondwater met basische kationen Actualiteit: verontreiniging van grond- en oppervlaktewater met nitraten en fosfaten door vroegere overbemesting verontreiniging van waterbodems door zware metalen, pcb’s en pesticiden Bodem Algemeen Bodemvorming is een eeuwenlange interactie tussen: klimaat, geologie, Geomorfologie, hydrologie, vegetatie, tijd en mens. (= zelfde factoren als voor een biotoop) Bodemvorming op korte duur is vooral de hydrologie de belangrijkste factor! Waarom? Verwerving van mineralen, aan- en afvoer van stoffen, vorming van organische stoffen De bodemeigenschappen hebben echter zelf ook invloed op de werking van water Waarom? Bv absorptiecapaciteit, bufferend vermogen, vochtleverend vermogen De verschillende types bodem worden later nog besproken Staandplaatsbepalende factoren voor planten Relatie tussen standplaats en leverancier voor organische stoffen Standplaatsbepalende factoren: Bodem temperatuur Bodemvocht Grondwaterstand Voedselrijkdom Zuurtegraad Saliniteit ♦ Deze factoren bepalen de standplaats en het voorkomen van specifieke plantensoorten Organisch materiaal Afbraak organische stoffen door bodemfauna ♦ 1/ Mechanisch door macrofauna (mijten, wormen, pissebedden) ♦ 2/ Biochemische afbraak naar humus door schimmels en bacteriën ♦ 3/ Vermenging vd humus door bodemdiern Bij afbraak: ♦ Vrijstelling van humuszuren en CO2 → pH ↓ → verwering ♦ Vrijstelling van voedingsstoffen (N,P, S) uit OM door mineralisatie ♦ Snelheid van afbraak is afhankelijk van de pH, aantal nutrienten en de intensiteit vh bodemleven
Stijn Vandelanotte
-3-
Bodemkunde: theorie Abiotische factoren die de biologische activiteit stuurt → de basenbezetting ♦ Hoge basenbezetting → hoge pH → veel basen → hoge biologische activiteit → goede afbraak ⇒Mull ♦ Lage basenbeztting → lage pH → weinig basen → weinige biologische activiteit → trage afbraak ⇒Mör (strooisel accumulatie) en stagnatie in de nutrientenkringloop Terrestrische humus vormen ♦ Mör: ruwe humus → trage afbraak en pH 3,5 – 4,5 ♦ Moder: halfzachte humus → geleidelijke afbraak en pH 4- 5 ♦ Mull: humus → snelle afbraak en pH ≈7 Semi-terrestrische humusvormen ♦ Langveen (zwartveen) → pH 3,5-4,5 ♦ Overgangsveen ♦ Hoogveen (witveen, mosveen) Oligotroof: pH 3,5-4,5 Mesotroof: pH 7-7,75 Belang van OM in bodem ♦ Invloed op bodemchemische eigenschappen Neg. Veranderlijke lading Vasthouden van voedingselementen Uitwisselen van voedingselementen Reserve van plantenvoedingsstoffen (vooral N,P) Ophouden van zware metalen → zuiveren van bodemwater ♦ Invloed op bodemfysische eigenschappen Ontstaan en in standhouden van de bodemstructuur Plasticiteit: humus ↑ → plasticiteit ↓ → betere bewerkbaarheid Verluchting vd bodem Daling van erosie gevoeligheid Verhoging vh waterbergend vermogen Humus is hydrofyl → waterhoudend vermogen is 5-10x groter dan klei Donkere kleur van humus → meer zonnestralings absorptie → sneller opwarmen ♦ Invloed op microbiële activiteit en ander bodemleven Water / bodemwater Direct of indirect een belangrijke rol bij allerlei bodemprocessen Belang van bodemwater ♦ Beïnvloed: activiteit vd bodemorganismen, mineralisatie van OM, omzetting, oplossen en transport van stoffen Aanbod van bodemwater → Afh van bodemeigenschappen als absorptie- en bufferende capaciteit Ionenverhouding → belangrijk voor bodemprocessen Beschikbaarheid afhankelijk van: ♦ hoeveelheid die aanwezig is in de wortelzone vd plant ♦ hoeveelheid die capillair kan opstijgen ♦ grote van de bodemporien en organische stofgehalte Voedselrijkdom Bepaald door beschikbaarheid van N, P en K Voorraad van nutrienten is bepaald door de aard en hoeveelheid organische stof, grondsoort, bemestingsintensiteit en bodemvocht Biogeochemische cyclus (kleine kringloop) ♦ Wat? Kringloop van chemische elementen via biologische organismen, het geologisch milie en dankzij chemische veranderingen ♦ Hoe? Deze elementen circuleren doorheen de lucht, bodem, zee, rivieren en levende wezens langs verschillende wezens, waarbij de water-sedimentenkringloop een voorname rol spelen. ♦ Hoofdkenmerk? De sterke verwevenheid vd biotische en abiotische component ♦ Elementen beschikbaar via: Atmosfeer (gasvormige fase) Lithosfeer (sedimentaire fase) Na afbraak van OM kan er uit de humus voedingselementen gehaald worden via het wortelgestel. Deze elementen kunnen vrijkomen ofwel in de atmosfeer ofwel in de sedimentaire fase
Stijn Vandelanotte
-4-
Bodemkunde: theorie N-Kringloop ♦ Zie figuur ♦ Atmosferische fixatie
N 2 + O2 → 2 NO
2 NO + O2 → 2 NO2 3 NO2 + H 2O → 2 H + + NO + 2 NO3−
♦
♦ ♦
Industriele fixatie N uit atmosfeer voor productie van meststoffen. Dit wordt uitvoerig besproken in het 3e jaar Biologische fixatie Aërobe stikstoffixatie: door bacteriën (Azotobacteriaceae) en algen. Anaërobe stikstoffixatie: door bacteriën (Bacillus en Enterobacter) Stikstof in de bodem: 2 hoofd gebeurtenissen nl input (+) en output (-) Mineralisatie (+) → org N wordt omgezet tot anorganische plantopneembare verbindingen a min isatie ammonifica tie nitrificat ie Verloop: Org N → a min ozuren → NH 4+ → NO3−
Ammonificatie: proces waarbij NH4+ uit eiwitachtige en andere org N bestanddelen wordt vrijgesteld Ammonificatie reactie: RNH2 + H2O → NH4+ + ROH + ATP Wat gebeurt er met NH4+ • Opname door plant • Adsorptie aan negatief geladen klei-humus • Immobilisatie door mo’s • Oxydatie tot NO2- en NO3• Bij hoge pH: NH3 vervluchtigging Snelheid van omzetting afhankelijk van • C/N , pH, zuurstof en temperatuur Nitrificatie: biologische oxydatie van NH4+ naar NO3- door chemotrofe bacteriën nitrosomos 2 NH 4+ + 3O2 → NO2− + 4 H + + 2 H 2O + ATP − − Nitrificatie reactie: 2 NO2 + O2 → NO3 + ATP nitrobacter
_____________________________________________
2 NH 4+ + 4O2 → 2 NO3− + 4 H + + 2 H 2O + ATP Nitrificatie geremd door: • Lage pH • O2 gebrek • Natuurlijke toxische stoffen • Nitrificatieremmers • Pesticiden • Zware metalen Nitrificatie heeft enkele negatieve gevolgen • pH daling, bij overbemesting van ammoniumstikstof • gevaar nitraataccumulatie bij planten • gemakkelijk uitspoelen van gevormde nitraat → vervuiling van water • gevormde nitraat kan denitrificeren Biologische N2fixatie (+): fixatie vd stikstof uit de atmosfeer in een door de plant opneembare vorm Asymbiotische N binding (10-20 kg / ha) • N2 → NH4+ (reductie vereist wel energie) • Voorbeelden: Bacillus, Enterobacter Symbiotische N binding (100-200 kg / ha) • Voorbeelden: Rhizobium bij vlinderbloemigen • Hoe? Vormen van wortelknobbeltjes van waaruit ze de stikstof ontbinden Bemesting (+) Atmosferische fixatie (+) dit gebeurt mbv bliksem → fixatie tot HNO3 → neerslag Stikstofvastlegging of immobilisatie (+) dit is tijdelijke inbouw van minerale N-verbindingen in weefsel van mo’s
Stijn Vandelanotte
-5-
Bodemkunde: theorie Denitrificatie (-) Bij voldoende beschikbaarheid van organisch materiaal Bij hoge NO3- gehalten (bv dicht bij GWT) Hoe hoger de pH → hoe hoger de denitrificatie tot N2 Ammoniakvervluchtiging (-) Wat? Vervluchtiging van ammoniak in alkalische en kalkrijke gronden NH3 vervluchtiging stijgt als : • pH ↑ , temp ↑, CEC ↓, droogte, … Nitraatuitspoeling Wat? Afvoer van nitraat tot beneden de diepte waar nog gewasopneming plaatsvind Wanner? Vooral tijdens winterperiode en eerder beperkt tijdens groeiseizoen Gevolgen? Verontreiniging vh oppervlakte en grondwater • ⇒ algengroei → zuurstofgebrek → beschadiging van fauna en flora • ⇒ ongeschikt voor consumptie Maatregelen? • Verhogen efficiëntie vd stikstofopneming • Geïntegreerde bemesting • Toediening op het juiste moment • Langzaamwerkende meststoffen • Rij of plantgatbemesting • Wortelingsdiepte bevorderen • Gebruikt van nitrificatieremmers • Oogstresten afvoeren • Fractionering vd toe te dienen hoeveelheid N P-kringloop ♦ Fosfor: zit ook in DNA, RNA en ATP ♦ Bronnen van P: OM Anorganisch materiaal: fosforiet, fluoroapatiet en apatiet Meststoffen ♦ In bodem Organisch fosfaat Anorganisch fosfaat → zeer lage gehalten in natuurlijke bodem Oorzaak 1: fosfaten zijn niet goed oplosbaar Oorzaak 2: reactie van P met Al en Fe in zure bodems of met Ca in basische bodems → onoplosbare zouten Oorzaak 3: fosfaat kan gebonden worden aan het pos. Geladen opp van Fe en Al-oxiden Geadsorbeerd fosfaat S-kringloop ♦ In S kringloop: zowel sedimentaire als gasvormige fase ♦ Belang? Vormt onmisbaar bestanddeel voor verscheidene aminozuren ♦ Grootste reserve aan S komt voor in de bodem ♦ S hoeveelheid in de atmosfeer wordt regelmatig aangevuld met SO2 van vulkaanuitbarstingen en industriële emissies ♦ S verbindingen ovv sulfaten in bodem opgenomen door planten via wortelgestel van planten →voedselopname naar planten- en diereneters ♦ In veen gebieden en slecht gedraineerde gronden met S (kattekleien) wordt H2S gevormd → verbinding met Fe → vorming van Fe2S → drainage → vorming van zeer zure gronden Zuurtegraad ♦ Bodem pH: heel belangrijke chemische parameter vd bodemoplossing ♦ Slechte groei van planten is vaak een rechtstreeks gevolg of onrechtstreeks verband met bodem pH ♦ Belang? Cruciale rol voor verschillende abiotische condities Opname vd voedingsstoffen door de plant ↓ ↔ pH ↓ Binding van toxische stoffen aan het adsorptiecomplex De activiteit van bodemorganismen ↓ ↔ pH ↓ Beschikbaarheid van fosfaat en nitraat Hoge pH: fosfaat gebonden aan calcium (weinig oplosbaar) Lage pH: fosfaat vormt zouten met Fe of Al (weinig oplosbaar) Daling afbraak van OM en nitrificatie bij pH↓
Stijn Vandelanotte
-6-
Bodemkunde: theorie ♦
Daling in bodem pH voorkomen door Aanwezigheid van calciumcarbonaat in bodem Verwering van mineralen met vrijstelling van basische kationen ♦ pH bepaalt ook het soort vegetatie dat zich op een bepaalde plaats zal en kan ontwikkelen ♦ oorzaken vd buffercapaciteit randstandige OH-groepen kleimineralen functionele groepen van fulvo- en huminezuren in OM uitwisselbaar Al+3++: bij bekalking → hydrolyse ♦ invloed van pH op bodembestanddelen beschikbaarheid van nutrienten en van toxische elementen bij lage pH: verwering van mineralen → vrijkomen van kationen K+, Mg2+ bij lage pH: oplosbaarheid zouten als carbonaten, fosfaten ↑ bij lage pH: Al meer oplosbaar, komt voor als Al3+.6H2O biologische activiteit bij lage pH: vooral activiteit van schimmels bij hogere pH: vooral activiteit van bacteriën bij hogere pH: ook meso- en macrofauna bodemstructuur pH↓ → bekalken → structuurverbetering • effecten van bekalken ♦ stimuleren van mo’s → slijmstoffen → aaneenklitten bodemdeeltjes ♦ meer vegetatie → OM ↑ → structuur verbeterd ♦ CaCO3 slingers → aaneenrijgen van bodemdeeltjes ♦ Ca-bruggen tussen kleimineralen en humusmoleculen ♦ Veel Ca2+ → indrukken dubbellaag → betere structuur ♦ Oorzaken van bodemverzuring Regenwater: CO2 uit de lucht → lost op in H2O → H2CO3 → pH tussen 4 en 6,5 Oxidatieve afbraak van OM in bodem → ontstaan van H+, NO3-, SO-42 Zuurwerkende minerale meststoffen Di het geval als het BE (basenequivalent <5) Voorbeeld: ureum → BE = -46 < 5 Oorzaak: nitrificatie van het NH4+ Verzuring is sterker in bodems met een lage CEC ⇔ weinig buffering Zout ♦ Saliniteit: meest bepalende factor voor samenstelling van vegetatie. De belangrijkste werzame ionen zijn Cl-, Na+ en Mg2+ → in zoute milieus alleen de aan zoute omstandigheden aangepaste planten ♦ Saliniteit: door inwaaien van zout, overstroming met zeewater of aanvoer van zout of brak kwelwater Besluit: De groeiomstandigheden ter plaatse, en de soortensamenstelling →bepaald door de specifieke combinatie en eigenschappen van de standplaatsfactoren. Een verandering van één van deze factoren gaat vrijwel altijd samen met een verandering in de vegetatiesamenstelling.
Invloed van de mens (gewoon eens doorlezen en de begrippen kennen) Hoe? Door industrie, verkeer en landbouw: mens heeft een sterk negatieve invloed op de natuurlijke evenwichten die voorkomen in de natuur Welke invloeden? Vermesting Wat? Aanrijking van bodem, water en lucht met nutrienten (N,P, K) door menselijke activiteiten ⇒ verstoring vd ecologische processen en natuurlijke kringlopen in bodem, water en lucht Oorzaak? Atmosferische depositie, afspoeling, drainage, processen in bodem (N) Veroorzakers? (in vlaanderen) Landbouw : N: 43% PO4: 56% Huishoudens: 2% 22% Industrie 21 16 Verkeer 35 6 Gevolgen? Algengroei, soortenverschuivingen Effecten ? Heiden, schraalgrasgebieden en sommige bostypes zijn zeer gevoelig voor N-vermesting via depositie of via grond en/of oppervlakte water Vermesting leidt tot verdwijnen van voedselarme situaties → verschuiving vd vegetatie en biodiversiteit ↓ ♦ Vergrassing van droge heide door bochtige smele ♦ Vergrassing van natte heide door Pijpestrootje ♦ Toename stikstofminnende planten in bossen (brandnetels) ♦ Eutrofiering vh oppervlaktewater → verarming van waterflora en fauna ♦ Aantasten vd vitaliteit van bossen
Stijn Vandelanotte
-7-
Bodemkunde: theorie Op landbouwgronden: onevenwichtige aanvoer van nutrienten heeft nadelige gevolgen voor de kwaliteit van gewassen, bestemd voor menselijke of dierlijke consumptie Hoog gehalte aan nitraat-N → bedreiging voor de drinkwatervoorziening Verzuring Oorzaak? Atmosferische depositie van S- en N-houdende verbindingen ↔ uitstoot vd gassen SO2, NOx en NH3 SO2, NOx ⇒ vooral verzuring continentaal probleem NH3 ⇒ vooral locale effecten Veroorzakers? Landbouw en veeteelt, Verkeer, Industrie, Raffinaderijen, Elektriciteitproductie, gebouwen Gevolgen? Verstoring vd samenstelling vd atmosfeer, oppervlakte en bodemwater Aantasting van diverse ecosysteem Versnelde verwering van gebouwen Corrosie van materialen Gevoelige ecosystemen? Zoetwatermeren, kustgebieden, venen, bos en heide Gevolgen voor flora bij sterke verzuring? Toename plantensoorten bestand tegen hoge Al conc en die N onder ammoniakale vorm kunnen opnemen Vele epitfytische korstmossen erg gevoelig voor verzuring vd schors waarop ze groeien Voor verzuring van bossen en heiden waar een pH daling van 0,6 in 35 jaar heeft opgetreden Gevolgen voor de fauna bij sterke verzuring? Verarming vd bodemfauna Vooral diepgravende regenwormen (aanwezigheid zeer belangrijk voor de bodemkwaliteit) zijn heel gevoelig voor verzuring Hoe tegengaan van verzuring? → bekalking, gevolgen: Op zware kleibodems: bodemstructuur ↑ pH en basenverzadiging ↑ Al, Mn en Fe concentraties in de bodemoplossing ↓ OPM: te hoge bekalking P, K tekorten Mineralisatiesnelheid ↑ ⇒ nitraatuitspoeling ↑ Verdroging Wat? Een door de mens veroorzaakte vermindering vd waterinhoud vd watervoerende lagen of de bodem Oorzaak? Grondwaterwinning en intensivering vh watergebruik door landbouw, industrie en huishoudens Gevolgen? Daling van stijghoogten en grondwaterstanden Gevolg: verminderd vochtgehalte ♦ Verminderde vochttoevoer naar planten ♦ Toename beluchting en temperatuur → redoxpotentiaal ↑, mineralisatiesnelheid van humus↑ en meer nutrienten als N en P beschikbaar voor vegetatie → bepaalde plantensoorten profiteren van deze verandering en verdringen de oorspronkelijke vegetatie Vermindering van kwelintensiteit in kwelzones Wijziging vd chemische samenstelling in grondwater Gevolgen voor de vegetatie? Vochttoevoer vanuit ondiep grondwater en bodemwater en toevoer van opgeloste voedingsstoffen Vocht in wortelzone is noodzakelijk voor de beschikbaarheid van voedingsstoffen ( ⇔ groei ↓) Maatregelen tegen verdroging Verminderen vd wateronttrekkingen Kunstmatige infiltratie met oppervlaktewater om onttrekking te compenseren (vooral in duingebieden) Diepinfiltratie: compensatie v onttrekking door oppervlaktewater die in de watervoerende lagen te pompen Verhoging infiltratie in de verstedelijkte gebieden Verminderen vd ETP bv door naaldboombossen te vervangen door loofboombossen (lagere ETP) Verontreiniging door bestrijdingsmiddelen Wat? Chemische of natuurlijke stoffen, die bepaalde plantaardige en dierlijke organismen aantasten, om een gewenste kwaliteit en kwantiteit van planten, dieren en goederen te waarboren en om deze laatste tegen bedreigende organismen te beschermen Tegen welke? Onkruiden, insecten, schimmels Afbreekbaarheid? 1e generatie: gechloreerde pesticiden (bv DDT) → nadelige gevolgen voor mens en milieu Volgende generaties: fosforesters makkelijker afbreekbaar → minder schadelijk Gevolgen voor ecosysteem Verdwijnen van natuurlijke vijanden en parasieten van plagen vereist een hoger gebruik … door resistentie Nadelige invloed van bestrijdingsmiddelen op bijen en hun pollinatiegedrag voor sommige teelten een belangrijk opbrengst verlies Accidentale vissterfte Wil- en vogelsterfte via acute vergiftiging en secudair via gecontamineerde prooien Verontreiniging door zware metalen Vb: As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Ni en Zn, Pt en Rh Hoe verspreid in het millieu ? vooral via lozing in de lucht, het oppervlakte water en direct contact met bodem Opname door mens? Door inademing of door opname van water of voedsel Sommige elementen (Cr, Cu, Mn) zijn essentieel voor mens en andere levende organismen in kleine concentraties, maar toxisch bij hogere concentraties Opm: bepaalde vroegere mijnsites en oude industrieterreinen vd metaalverwerkende nijverheid vormen nu eigen biotopen met een aangepaste vegetatie van metallofyten (bv zinkviooltje) Metallofyten worden ook gebruikt bij bodemsanering voor wegnemen van bepaalde zware metalen. De geoogste planten worden dan verbrand en met een gepaste filtering gezuiverd zodat geen luchtverontreiniging kan optreden
Stijn Vandelanotte
-8-
Bodemkunde: theorie Spreiding terrestrische ecosystemen Macro-ecosystemen (niet kennen) Meso-ecosystemen (enkel begrippen) BWK: biologische waarderingskaart Heiden en vennen Zeer zeldzame biotopen in vlaanderen, vooral in de kempen Totale oppervlakte heiden en vennen 11.700ha Veel militaire domeinen en in enkele natuurreservaten Beperkt aantal planten en gewervelden Soortenrijkdom aan ongewervelden is bijzonder groot Natte heiden met hoog veenelementen en hoogvenen komen nog nauwelijks voor door verbossing / bosaanplant Zeer gevoelig voor vermesting, verzuring, verdroging en versnippering De atmosferische N-depositie ligt nog steeds ver boven de kritische last voor heiden en vennen Podzolen → de bodems zijn heel arm en zanderig Moerassen, met inbegrip van slikken en schorren Zeer heterogene groep biotopen: overganszone tussen open water en land Vnl rietland, natte ruigten en elzenbos Areaal is sterk versnipperd Slikken, schorren en brakke plassen komen voor Moerastype bepaald door: waterpeil, waterbeweging, bodemtype, oorsprong en verblijftijd vh grondwater Zeer gevoelig voor verzuring, vermesting, verdroging, Historische permanente graslanden Halfnatuurlijke graslanden: kalkgraslanden en kalkrijke duingraslanden Blauwgraslanden: herbergen 60% vd bedreigde plantensoorten Mesofiele hooilanden en licht bemeste graslanden: in valleien van rivieren en beken Grasland met verspreide biologische waarde: weilandcomplexen met veel sloten en/of microreliëf Instandhouding van aan graslanden gebonden biodiversiteit: door ecologisch beheer van bermen en dijken Struwelen Begroeiing van vnl struiken van 2 tot 5m hoog Meestal overgang: spontaan grotere boomsoorten die boven struweel uitgroeien en leiden naar bos Vb: doornstruwelen Bossen Mesofiele bossen: alle loofbostypes op relatief droge bodem (niet in duinen en polders) Dennebossen: vooral in de zandstreek (kempen) Atmosferische deposities tasten de gezondheidstoestand van bosen aan (vermesting en verzuring) Landbouw en cultuurmilieu’s Deze zijn absoluut niet als biotoop te definieren Van dit hoofdstuk is het vooral belangrijk om de begrippen wat te kunnen omschrijven
Hoofdstuk 3: Klimaat Niet kennen
Stijn Vandelanotte
-9-
Bodemkunde: theorie
Hoofdstuk 4: Structuur van de aarde Inwendige bouw
Korst D = 2,7 g/cm³ 0,8 %vol
Sferoide → r aan de polen 6357km, r aan de evenaar 6378km Concentrische verschillen: Kern: vooral Ni, Fe en in mindere mate Si, C, S Binnenste deel: vast, 4000-5000°C, p = 3.000.000 bar, d = 12g/cm³ Buitenste deel: vloeibaar, d = 8g/cm³ Fe bepaalt het aardmagnetisme Mantel: vooral O, Si, Mg, Fe Opbouw: buitenste, middenste en onderste deel De korst: vooral O, Si, Mg, Fe Gemiddeld 33km dik (6km onder oceanen en 60km onder gebergtes)
Stijn Vandelanotte
-10-
Mantel 83 vol%
Kern D = 12 g/cm³ 16,2 vol %
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 5: Mineralen van de aardkorst Kristallen Buitenste laag vd aarde → gesteenten Gesteenten → verzameling van homogene bestanddelen → zgn mineralen Verschillende chemische samenstelling en fysische kenmerken (kleur, hardheid, glans) Kristallijne bouw: regelmatige rangschikking van atomen → periodieke 3D schikking van atomen, ionen en complexe groepen → specifieke atoomroosterbouw Amorfe bouw: (niet kristallijn) bv glas Identificatie van mineralen mbv Röntgen-of X-stralen
Kristalchemie In ruimterooster: roosterpunten zijn ingenomen door Atomen (bv C-atomen in diamant) = atoomrooster Ionen: roosterpunten afwisselen + en – ionen bv NaCl Moleculen: bv H2O (ijs) (hexagonale structuur) Kristallen bouw: regelmatige herhaling van ionen, atomen, complexe groepen die door minder of meer sterke krachten worden samengehouden Ionenbindingen Covalente bindingen Metaalbindingen Van Der Waals krachten Coordinatie getal: hoeveel anionen een kation kunnen omringen Ionen en atomen: bollen met een bepaalde ionenstral Meeste mineralen zijn ionverbindingen elektrisch neutraal Afhankelijk vd verhouding tussen ionenstralen: bepaal kation omgeven door 3,4, 6, 8 of 12 anionen → typische bolgroeperingen Bij silikaten en oxiden: Slechts 1 anion soort in de bolgroepering →O2Bolgroepering is afhankelijk van: Groote van beide soorten ionen → aantal anionen (X) dat een gegeven kation (A) kan omringen is afhankelijk vd relatieve grootte vd beide ionen Verhouding ionenradii RA/RX →bepalend voor coördinatie getal Algemene regel: Alle omringende bollen (anionen) raken de centrale bol Omringende bollen (anionen) moeten elkaar niet raken OPM: RA/RX = 1 ⇒ max. 12 anionen om het centrale kation RA/RX < 1 ⇒ minder dan 12 anionen om het centrale kation 0,732 < RA/RX < 1 ⇒ CG = 8 0,414 < RA/RX < 0,732 ⇒ CG = 6 0,23 < RA/RX < 0,414 ⇒ CG = 4 0,15 < RA/RX < 0,23 ⇒ CG = 3 RA/RX < 0,15 ⇒ CG = 2 Mineraal = aaneenschakeling van polyeders Isomorf: in de roosterbouw wordt een bepaald element geheel of gedeeltelijk door ander met gelijkaardige ionenstraal, maar soms met een andere valentie vervangen. De structuur vh mineraal blijft dus dezelfde Bv: Olivijn → Mg2Si04, Fe2Si04, (Fe,Mg)2Si04, Soms heel complexe structuur formule : vb amfibool Polymorf: dezelfde stof die verschillende vormen (kan) aanneemt → dezelfde elementen zijn gerangschikt in dezelfde verhoudingen maar op een andere manier ⇒ andere fysio-chemische eigenschappen Bv: diamant en grafiet Bv: pyriet en markasiet
Stijn Vandelanotte
-11-
Bodemkunde: theorie Eigenschappen van mineralen Determinatie van mineralen: kenmerken Optische kenmerken → microscopisch onderzoek Splijtbaarheid → bladsplijters, breukvlakken Soortelijk gewicht Bleke mineralen: 2,65 – 2,76g/cm³ Donkere mineralen : >3g/cm3 Metallische mineralen: >5g/cm Habitus, kristalvorm (platig, naaldvormig, prismatisch) Kleur mineraal en kleur streep Glans (metaalglans, diamantglans, matglans, vetglans) Fluoriceren (UV), fosforesceren (UV uit), luminisceren (licht bij warmte), piezoelectrisch (druk), magn
Overzicht van de voornaamste mineralen Classificatie obv scheikundige samenstelling, rekening houdend met de structuur vd mineralen Elementen: bestaan uit 1 element zeldzaam en belangrijk uit economisch standpunt (Au, Ag, Pt, diamant, grafiet) Sulfide, arseniden, …: Bevat anion S, As, Bi, Sb, Se of Te Belang bij extractie van metalen (bv sfaleriet (ZnS), Galeniet (PbS), Pyriet (FeS2) = meest voorkomende (hydr)oxiden: anion is O of OH belang bij extractie van metalen (bv Magnetiet (Fe3O4), hematite (Fe2O3) limotiet: gebruikte term bij roestbruine korsten die een mengsel zijn van Feoxiden Halogeniden: anion is F, Cl, Br of I omvat zouten als haliet (NaCl) Carbonaten: anioncomplex is (CO3)2-, (NO3)-, (BO3)3- → vorm is een planaire driehoek calcite CaCO3 siderite FeCO3 Sulfaten, chromaten, molybdaten, wolframaten: anioncomplex is (SO4)2-, (CrO4)2-, (MoO4)2-, (WO4)2vormen tetraëder met lading 2 belang: industriele mineralen bariet (BaSO4) gips (CaSO4.2H2O) anhydriiet (CaSO4) = plaaster Fosfaten, arsenaten, vanadaten: Anioncomplex (PO4)3-, (AsO4)3-, (VO4)3Vormen tetraëder met lading 3 Belangrijkste van deze soort is apatiet: Ca5(PO4)3(F,OH,Cl) Dit is de basis voor de fosfaatkunstmeststoffen Silikaten: basis is SiO4-tetraëders en zijn de meestvoorkomende mineralen
Stijn Vandelanotte
-12-
Bodemkunde: theorie Silikaten Hij zal een formule geven en dan moet je zeggen welk type het is! Algemeen Soms wordt Si4+-ion door een Al3+-ion vervangen ⇒ negatieve valentie komt vrij, wat door een ander kation wordt gecompenseerd zonder dat de structuur essentieel verandert. Tussen gestapelde tetraëders: ruimte waarin hydroxyl (OH-) ionen plaatsvinden: De negatieve ladingen van OH- moet eveneens door een positieve lading gecompenseerd worden. De SiO4-tetraëders, met een lading 4-, worden met elkaar verbonden door kationen (vnl Al, Fe, Ca, Mg,…) waardoor de negatieve ladingen geneutraliseerd worden De bouw vd aardkorst wordt bepaald door het polymerisatie vermogen om SiO4-tetraëders waarvan de hoekpunten met elkaar verbonden kunnen worden. De manier waarop de SiO4-tetraëders tov elkaar in de ruimte zijn gerangschikt, bepaalt de eigenschap en structuur vd verschillende silikaten en vormt de basis vd classificatie van deze mineralen Op grond vd aaneenschakeling vd tetraëders maakt men dus een onderscheid tussen de verschillende groepen: Eiland-, zuster-, ring-, enkele keten-, dubbele keten-, blad-, netwerk- of daksilikaten De eiland silicaten (ortho- of nesosilikaten): wanneer geen enkele tetraëder een O-ion deelt (SiO4) ⇒ tetraëders geheel geisoleerd van elkaar tetraëders veelal gebonden met elkaar verbonden door metaalionen ⇒ zware mineralen, hoge ρ voorbeelden: olivijn → (Mg,Fe)2SiO4: in basische en ultrabasische gesteenten granaat →[A2+3B3+3(SiO4)3] met A = Ca, Mg, Fe2+ of Mn en B = Al, Fe3+ of Cr3+ zirkoon: ZrSiO4 ubiquist in bodem Zustersilikaten (sorosilikaten) Wanneer de tetraëders paarsgewijs gegroepeerd zijn d.w.z. 2 tetraëders delen telkens één O-ion (Si2O7) Ringsilikaten (cyclosilikaten) Wanneer 3 , 4 of 6 tetraëders een ring vormen ⇒ elke tetraëder telkens aan 2 andere verbonden is (Si6O18) Voorbeelden Beryl, epidoot Enkel ketensilikaten Wanneer meerdere tetraëders aaneengeschakeld zijn, waarbij elke tetraëder twee Oionen deelt met 2 andere tetraëders Verhouding Si (en Al) : O = 1:3 ⇔ dezelfde verhouding als in Ringsilikaten Basisstructuur van deze snoeren wordt weergegeven door de formule: Si2O6 Snoeren worden aan elkaar verbonden door Ca, Na, Fe, Mg en Al Pyroxenen (mineralengroep) → diopsiet [CaMg(Si2O6)], augiet, hypersteen Dubbele ketensilikaten Snoeren die ontstaan uit koppeling van 2 naast elkaar liggende ketens. Tetraëders worden afwisselend aan 2 of 3 andere gebonden Verhouding Si (en Al) : O = 4 : 11 Basisstructuur van deze snoeren wrodt weergegeven door de formule: Si8O22 de amfibolen zijn basisgroep Bij de meeste amfibolen bevind zich in de ringvormige holten in het midden vd linten een OHanionencomplex (soms ook afzonderlijke O- of F-anionen, die ongeveer dezelfde ionenstraal hebben als het OH-complex). Pyroxenen zijn ‘watervrij’ De basisstructuurformule wordt dan Si8O22/OH De linten van tetraëders worden bij elkaar gehouden door kationen, vnl Fe, Mg, Al, Ca en Na Bladsilikaten (fyllosilikaten) Glimmers → gesteentevormende mineralen van stollings- en metamorfe gesteenten Kleimineralen → mineralen van sedimenten en bodems Vorming van bladsilikaten: tetraëders vormen een laag waarin iedere tetraëder 3 O-ionen deelt met een andere tetraëder, terwijl het 4e hoekpunt bij alle tetraëders dezelfde kant opwijst Al kan een deel vh Si vervangen worden. OHgroepen liggen tussen de vrije toppen vd tetraëders en vormen soms afzonderlijke tussenlagen. Aldus ontstaan tussen de tetraëders oktaederholten waarin de kationen liggen. Verhouding Si:O = 2:5
Stijn Vandelanotte
-13-
Bodemkunde: theorie In het kristalrooster vd bladsilikaten: 2 verschillende structuurelementen Laag van SiO4-tetraëders: de tetraëderlaag T 3 vd 4 O-ionen zijn gemeenschappelijk aan 2 tetraëders en enkel de apicale O-ionen bezitten een negatieve lading De tetraëders zijn aan elkaar gekoppeld in 2 dimensies en vormen al dus bladen of lagen, gerangschikt volgens een hexagonaal patroon met de 3 basale O-ionen in hetzelfde vlak en de apicale O-ionen in een tweede vlak Elke 2 Si-ionen delen samen 5 O-ionen, d.w.z. er zijn 8+ en 10- ladingen zoadat als eenheidssamenstelling van deze tetraëderlaag -2 is, afkomstig vd niet-gemeenschappelijke apicale Oionen in overmaat → deze wordt geneutraliseerd door de verbinding met de Al of Mg oktaeders Laag van Al(Mg)-tetraëders: de oktaederlaag O Elk ion wordt omgeven door 6 dicht bij elkaar gestapeld OH-ionen in oktaederverband. De OHionen op de hoekpunten vd oktaeder, Al3+ in het centrum Ruimtelijk zijn deze ionen als volgt geranschikt: Er zijn 2 vlakken van OH-ionen met daartussen een 3e vlak van Al3+ ionen Di-okktaedrische structuur: 1 Al3+ ion omringd door 6OH-ionen → elke oktaeder heeft 3- ladingen op overschot ♦ Neutraliteit wordt nu verzorgd door elke OH-groep deel te laten uitmaken van 2 oktaeders → laag van oktaeders met als algemene eenheidsformule (Al2(OH)6) : (Al(OH)3) oktaeders die met elkaar verbonden worden via 2 OH-ionen die behoren tot 2 Al3+-ionen ♦ Besluit: om alle ladingen in de oktaederlaag te neutraliseren worden slechts 2 (di) op 3 plaatsen in het Al3+ vlak bezet met Al3+ ionen Tri-oktaedrische strucuut: 1 Mg2+-ion wordt omringd door 6-OH ionen → elke tetraëder heeft 4ladingen op overschot ♦ Neutraliteit wordt nu verzorgd door elke OH-ion deel te laten uitmaken van 3 oktaeders → laag van oktaeders met als algemene eenheidsformule (Mg3(OH)6) : (Mg(OH)2) oktaeders die met elkaar verbonden worden via 2 OH-ionen die behoren tot 2 Mg2+ ionen ♦ Besluit: om alle ladingen in de oktaeder te neutraliseren worden 3 (tri) op 3 plaatsen in het Mg2+ vlak bezet met Mg2+-ionen OPM: Beide lagen zijn aan elkaar gebonden om de elektrische neutraliteit te verzorgen. In zowel de tetraëderlaag als de oktaederlaag kan iosmorfe substitutie optreden Het kristalrooster van bladsiliikaten bestaat uit een combinatie van Si-tetraederlagen met Al- of Mg oktaederlagen → 2 OH-hoekpunten van de oktaederlaag worden in genomen door 2 apicale O-ionen vd tetraëderlaag → neutralisatie vd 2- ladingen vd (Si2O5)2-: eenheid ⇒ neutrale structuur 1:1 bladsilikaten Regelmatige herhaling van 1 tetraedrische (Si2O5)2- en 1 oktaedrische (Al2(OH)6) of (Mg3(OH)6) Voorbeelden: (geen isomorfe substitutie) Kaoliniet (di-oktraedrisch) → (Al2(Si2O5)OH4) of (Al4(Si4O10)(OH)8) ♦ Moleculaire verhouding: Si2O7/AlO2 = 2 ♦ Basale afstand: 0,72nm ♦ H-ionen van OH-groepen vormen H-bruggen tussen 2 lamellen in, die elektrisch neutraal zijn ⇒ de aantrekking, voorkomt indringen vd meeste substanties ♦ Samenstelling van kaoliniet is heel constant ♦ Geen isomorfe substitutie in T en O ♦ Zeeer geringe lading aanwezig op de randen → gevolg van verbroken bindingen (randlading) ♦ Randlading is afhankelijk vd pH: pH ↑ → dissociatie ↑ vd randstandige OH-groepen → meer negatieve ladingen ♦ Meest voorkomende kleimineraal in tropische bodems ♦ Zeer stabiel en moeilijk verweerbaar Serpentien (tri-oktraedrisch) → (Mg3(Si2O5)(OH)4) of (Mg6(Si4O10)(OH)8) ♦ Heel verweerbaar Halloysiet (di-oktraedrisch) → (Al4(Si4O10)(OH)8).2H2O ♦ Gehydrateer kaoliniet ♦ Samenstelling dezelfde als kaoliniet , maar voor elke eenheidscel zijn 4 H2Omolecules aanwezig tussen de lagen ♦ Geen stabiele H-bruggen tussen de OH-O ♦ Resulteert in een basale afstand van ± 1,025nm
Stijn Vandelanotte
-14-
Bodemkunde: theorie 2:1 bladsilikaten Typische bladerige structuur Elk bouwelement opgeouwd uit 2Si-tetraëders met de apicale O-ionen naar elkaar toe, aan elkaar geklit doof ofwel 2-waardige (tri-oktaedrisch) ofwel 3waardige (di-oktraedrisch) kationen in oktaederverband tussen de O- en OH- ionen 2 (OH)- hoekpunten zowel aan de bovenkant als aan de onderkant vd oktaederlaag worden opgenomen door 2 O-ionen vd topppunten vd tetraëderlaag 2 types: al dan niet isomorfe substitutie in tetraëder en/of oktaederlagen → negatieve lading (roosterlading of substitutie lading) (zowel di- als tri-oktaedrisch) Bladsilikaten zonder isomorfe substitutie ♦ Talk (Mg6(Si8O20)(OH)4) (tri-ok) ♦ Pyrophyliet (Al4(Si10O20)(OH)4) ♦ Komen vooral voor in metamorfe gesteenten en zijn heel zelden in bodems Bladsilikaten met isomorfe substitutie ♦ Met stabiele basale afstand → Neutraliserende kationen tussen de lagen zijn niet uitwisselbaar Echte glimmers ¼ vd Si4+ ionen in T vervangen door Al3+ → resulterende – lading wordt gecompenseerd door interlamellaire K-ionen (ionenbinding). K-O verbindingen zijn heel stabiel, kitten lamellen aan elkaar ⇒ stabiele basale afstand van 1 – 1,02 nm Voorbeelden • Biotiet K2(Mg,Fe)6(Si6Al2O20)(OH)4 → (tri ok) (zwarte glimmer) • Muscoviet K2Al4(Si6Al2O20)(OH)4 → (di ok) (witte glimmer) De echte glimmers zijn primaire mineralen afkomstig van magmatische en metamorfe gesteenten, dus geen echte kleimineralen, maar door transformatie evolueren ze tot echte Gedeeltelijk gehydrateerde glimmers Illiet • Vaak beschouwd als fysisch verweringsproduct van muscoviet. Er zijn echter duidelijke verschillen tussen beide mineralen ♦ Substitutie van Si4+ door Al3+ is lager en variabel → lagere K hoeveelheid en lagere lading ♦ Variatie in chemische samenstelling is groter, door substituie van Al3+ door Mg2+ of Fe2+, en van K+ door Na+ of Ca2+ ♦ Hoeveelheid H2O is groter • Eerder mineraal gevormd door chemische verwering vanmica of gevormd door synthese in waterig milieu dat niet alleen K+ bevat maar ook Mg2+, Na+, Ca2+ en Fe • Vereenvoudigde voorstelling: KAl4(AlSi7)O20(OH)4.nH2O (di-oktraedrisch) Glauconiet • Ontstaan in waterig milieu bij de kust (reducerend milieu) → enkel in zeedesimenten • Komt meestal voor ovv groene, ronde korrel in de III zanden en kleien ♦ Zowel voorkomen in zand als kleifractie • Kan mechanische van zand naar klei omgezet worden, zonder van chemische samenstelling te veranderen • I.S. in zowel T als O • 15-30% Fe, K2O gehalte 6 – 9% • Tvm Fe-houdende variëteit van illiet • Overmaat aan negatieve lading niet volledig geneutraliseer door onuitwisselbaar K, ook door uitwisselbaar gehydrateerde kationen. ♦ Met variabele basale afstand → neutraliserende kationen tussen de lagen zijn wel uitwisselbaar Vermiculieten (V) en smectieten (S) ontstaan doorgaans door verwering van mica’s (M) of chloriet (C), soms ook neogeen Di-oktaedrische V en S kan gevormd worden door verwering van bv muscoviet Tri-oktaedrische V en S kan gevormd worden door verwering van bv biotiet of chloriet • Geleidelijk met de vorming van gemengde lagen als M-V, C-S Basis verschil tussen V en S Hoge lading: vermiculiet Lagere lading: smectiet Gevolgen Mineralen met hoge lading hebben een sterkere cohesie in V → geen penetratie van polaire stoffen tussen de lagen De opname van H2O tussen de lagen (zwelling) is meer uitgesproken in is dan in V
Stijn Vandelanotte
-15-
Bodemkunde: theorie
Vermiculiet Groter lading dan S → niet zwellen van een geglyconeerd Mg2+ verzadigde V (basale afstand blijf op 1,4-1,5 nm). Wanneer verzadigd met K+, bedraagt de basale afstand ±1,0 Di-oktaedrische V: gevormd door verwering van di-oktraedrische M (muscoviet) → K+ weg tussen de lagen en vervangen door gehydrateerde kationen uit de bodemoplossing (Na+, Ca2+) ⇔ kationen uitwisselbaar ⇒ basale afstand is afh. van het type kation • Vermiculiet kan een I.S hebben in T en O • Theoretische formule van di-oktaedrische vermiculiet ♦ (Si8-xAlx)IV(Al4)VIO20(OH)4.KyR+1x-ynH20 Tri-oktaedrische V: gevormd uit tri-oktaedrische M of C • Verwijderen van K+ uit bv biotiet en vervanging door gehydrateerde kationen • Verwijderen van de hydroxide laag ((Mg(OH)2) uit C en vervanging door gehydr. Kationen • Theoretische formule van trii-oktaedrische vermiculiet ♦ (Si6Al2)IV(Mg6)VIO20(OH)4.KxR+22-xnH20 Smectiet Lagere lading dan V → wel zwellen bij een glycol verzadiging (basale afstand 1,71,8nm). Bij een verzadiging met Mg2+ is de basale afstand 1,4-1,5 nm en net zoals bij V slaat S toe bij een K+ verzadiging naar 1,0 nm Zoals V zijn S ook verweringsproducten van M en C IS in T en of O Voorbeelden ♦ Montmorillloniet: di-ok, ladingstekort in O, (Si8)IV(Al4-x, Mgx)VIO20(OH)4R+2x/2nH20 ♦ Beideliet: di-ok, ladingstekort in T, (Si8-x Alx)IV(Al4)VIO20(OH)4R+2x/2nH20 ♦ Hectoriet: tri-ok, ladingstekort in O, (Si8)IV(Mg6-x, Li+x)VIO20(OH)4R+2x/2nH20 Negatieve lading wordt geneutraliseerd door interlamellaire gehydrteerde kationen X.nH2O, die uitwisselbaar zijn. Dit kunnen ook verontreinigde stoffen zijn en kunnen dus geabsorbeerd worden aan deze kleimineralen
2:1:1 bladsilikaten: Chloriet Opgebouwd uit 4 lagen 3 lagen: vormen een 2:1 laag, IS kan zowel in T als O 4e laag : interlamellaire OH-laag, gevormd door bruciet (Mg3(OH)6) ♦ De natuurlijke C’s (gesteentevormend) zijn tri-oktaedrische chlorieten Verwering van di-oktaedrische M (muscoviet), illiet, V of S resulteert in interlamellaire K-ionen of gehydrateerde ionen die vervangen worden door een gibbsietlaag (Al2(OH)6) → vorming di-ok C Bij de natuurlijke tri-oktaedrische C kunnen ook de brucietlaag worden vervangen door een gibbsietlaag met de vorming van een di-oktaedrische C Binding is mogelijk tussen de T en de brucietlaag door substituties Door substituie van Mg2+ door Al3+ is de brucietlaag positief geladen Door vervanging van Si4+ door Al3+ is de tetraëder negatief geladen ♦ Het geheel is dus elektrisch neutraal Theoretische formule van chloriet ♦ (Si8-xAlx)IV(Mg Fe2+)6VIO20(OH)4.Mg6-xAlx(OH)12 Belangrijkste kenmerken vd kleimineralen Eigenschappen Één volkomen splijtrichting en een geringe hardheid (2) ⇒ primaire bladsilikaten (muscoviet, biotiet) gaan gemakkelijk over tot eche kleimineralen: tri-oktaedrische bladsilikaten verweren sneller dan di-ok Wateropname: fijne korrelgrote → veel gebroken verbindingen aan de randen → adsorptie van polaire moleculen als H2O aan oppervlak vd kleipartikels. ♦ Smectieten nemen water op tussen de lagen (zwelling) Plasticiteit: een klei-water systeem kan plastisch vervormd worden → vervorming is blijvend na verdwijnen vd vervormingskracht ♦ Uitgedrukt in %H2O nodig om vervorming tot stant te brengen Smectieten hebben meer H2O nodig om plastisch te zijn dan bv illiet en kaoliniet Smectieten hebben minder kracht nodig om de vervorming tot stand te brengen dan illiet en kaoliniet
Stijn Vandelanotte
-16-
Bodemkunde: theorie CEC waarde: kationenuitwisselingscapaciteit Kleimineralen (kaoliniet, S, illiet) meestal < 2µm → groot uitwendig oppervlak, soms door hun groot inwendig oppervlak (S) → negatieve lading (deze hebben 2 mogelijke oorzaken!) ♦ pH afhankelijke randlading: door broken bonds en dissociatie van randstandigige OH groepen komt voor bij alle typen van kleimineralen ♦ pH onafhankelijke randlading (permanente lading): door IS, alleen bij 2:1 … vooral S en V ♦ tgv deze negatieve ladingen vertonen kleimineralen de eigenschap kationen te adsorberen in een uitwisselbare vorm CEC = totale hoeveelheid kationen die een klei kan adsorberen bij een bepaalde pH. De CEC-waarde vd klei wordt uitgedrukt in meq/100g klei of cmol(+)/kg klei ♦ Het is belangrijk dit kenmerk van kleimineralen te onderkennen bij de aanleg van stortplaatsen en daarmee samenhangend de pollutie van grondwaterlagen CEC: belangrijk voor de bodemvruchtbaarheid → adsorberen en uitwisselen voedingselementen → opname door planten en bescherming tegen uitspoeling wanneer N>ETP AEC : anionenuitwisselingscapaciteit Is een gevolg van de pH afhankelijk randlading en niet van de IS Bij 2:1 kleimineralen met permanente lading is dit van weinig belang Bij 1:1 kleimineralen (bv kaoliniet), geen IS → AEC bij lage pH belangrijk. Als pH↑ → aantal geadsorbeerde protonen ↓ → vermogen om anionen te adsorberen ↓ Ladingsnulpunt of ZPC of pH° De pH waarde waarbij het oppervlak elektrisch neutral is. Beneden pH° fungeren de oppervlakten als anionenuitwisselaar en boven pH° als kationenuitwisselaar Daksilikaten (netwerksilikaten, tektosilikaten) Bouw: ieder hoekpunt v/e tetraëder aan een andere verbonden → 3D netwerk 2 tetraëders hebben nooit meer dan één O-ion gemeenschappelijk → uitsluitend met elkaar verbonden via de hoekpunten → nooit gemeenschappelijke ribben → Si:O verhouding = 1:2 →basisstructuur = SiO2 (Si4O8) SiO2 daksilikaten Wanneer enkel Si aanwezig zijn: kwarts SiO2. Verschillende soorten obv manier van kristallisatie: kwarts, tridymiet, cristoballiet Kwarts is een uiterst bestendig mineraal en sommige zanden bevatten bijna uitsluitend kwarts Veldspaten (felsische mineralen) door IS een gedeelte van Si door Al vervangen → andere kationen in structuur opgenomen om het ladingstekort te compenseren Bv orthoklaas (KAl Si3O8), Bv plagioklaasreeks met eindtermen albiet (NaAl Si3O8) en anortiet (CaAl2Si3O8) Zeolieten: gehydrateerde daksilikaten, omwille van hun hoge uitwisselingscapaciteit vaak gebruikt bij sanering (waterbodems) om zware metalen te fixeren Bv: analciem (NaAl Si2O6.H20) Bv chabasiet (CaNa3)Al2 Si4O12.6H2O
Stijn Vandelanotte
-17-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 6: De gesteenten van de aardkorst De aard van gesteentes Aard en eigenschappen van gesteenten bepaald door aanwezige mineralen en de wijze waarop deze in het gesteente geschikt zijn: magmatischeof de stollingsgesteenten: ontstaan door de stolling van gesmolten materiaal dat uit de diepere gedeelten van de aarde opwelt. Ze hebben meestal een massievestructuur sedimentaireof de afzettingsgesteenten: vormen dooraccumulatie van afbraakmateriaal van andere gesteenten of resten van organismen,door neerslag van in water opgeloste stoffen uit oppervlaktewaters ofuit grondwater. Afzettingsgesteenten zijn doorgaans gelaagd metamorfe gesteenten: gevormd door ombouw van andere gesteenten onder invloed van hoge druk en of temperatuur. Herkristallisatie in vaste toestand→nieuw gesteente dat volledig verschilt van het uitgangsgesteente in minerale samenstelling, structuur en uitzicht.Kunneneen ‘gelaagdheid’vertonen.
Stollingsgesteenten ( 95%) Magma: gesmolten vloeibaar gesteentemateriaal door T of P drukveranderingen in de bovenste mantel of in de korst Samenstelling van magma is afhankelijk van plaats en aard van het oorspronkelijk materiaal Stolling van magma → stollingsgesteenten Gedurende afkoeling van magma: kristallisatie van silikaten niet gelijktijdig → successieve vervorming van verschillende mineralen Minst oplosbare mineralen vormen eerst Mineralen meestal hogere ρ dan magma ⇒ zakken weg in magma ⇒ komen niet verder tussen in stollingsproces ⇒ bij verdere afkoeling, overblijvende magma, armer aan elementen ⇒ geeft gravitatieve differentiatie ⇒ verschillende soorten stollingsgesteenten
Indeling stollingsgesteenten Indeling obv vormingswijze – afkoelsnelheid ⇒ ander uitzicht maar met een gelijke chemische samenstelling Plutonische gesteenten: Trage stolling op grote diepte → grote korrels (1-10mm) (bv graniet) Vulkanische gesteenten: Snelle stolling aan het opp → kleine korrels (<0,1mm, soms glas) (bv bazalt) Ganggesteenten: Intermediair: kleine en grote korrels (granodioriet) OPM: Porfierische structuur: fijnkristallijne of glazige matrix met hier en daar grotere fenokristen Bv porfier van Quenast → afkoeling van magma gebeurt in 2 stappen ♦ Eerste trage afkoeling → grotere kristallen (fenokristen) ♦ Tweede snelle afkoeling na uitvloeiing of na opstijging in een spleet → resterende smelt fijnkristallijn Pyroklastische gesteenten: ejecta, zoals bommen, lapilli en as, uit vulkanische uitbarstingen Soms tot de sedimentaire gesteenten gerekend Indeling obv het SiO2 of kwartsgehalte bij chemische analyse: hoeveelheid kiezel en ijzer en magnesiumhoudende mineralen Zure gesteenten: veel kiezels (>66% SiO2) ⇒ ook veel kwarts en weinig donkere Fe, Mg houdende mineralen Basische gesteenten: geen vrije kwarts aanwezig, heel veel donkere Fe en Mg houdende mineralen Intermediaire gesteenten: nog een beetje kwarts Ultrabasische (mafische) gesteenten: geheel uit Fe en Mg houdende mineralen OPM: De termen zuur en basisch hebben hier niets met de pH te maken. Ze werden vroeger ingevoerd in de mening dat de silikaten als zouten konden worden beschouwd worden. SiO2 werd beschouwd als een zuuroxide dat met H2O zuren kon vormen zoals H2SiO3. De termen zijn in gebruik gebleven niet alleen in de aardwetenschappen maar ook in de cementindustrie en staal industrie Indeling obv de kleurindex M Het gehalte aan donker gekleurde mineralen zoals biotiet, amfibolen, pyroxenen, olivijnen en andere mineralen Donker gekleurde mineralen worden ook mafische mineralen genoemd in tegenstelling tot de felsische , lichtgekleurde mineralen 0-10% donkere mineralen → hololeukokraat 10-35% → leukokraat 35-65% → mesokraat 65-90% → melanokraat 90-100% → holomelanokraat De zure gesteenten (bv graniet) zijn vnl samengesteld uit felsische mineralen, terwijl de basische gesteenten uit donkergekleurde of mafische mineralen bestaan en dus Fe en Mg houden zijn
Stijn Vandelanotte
-18-
Bodemkunde: theorie Indeling op basis van de mineralogische samenstelling: indeling volgens Streckeisen Gebaseerd op de verhoudingen vd hoofdmineralen: kwarts, alkaliveldspaat, plagioklaas, veldspaatvervanger en Fe en Mgmineralens, alsook de textuur, afhankelijk vd korrelverdeling Veldspaatvervangers komen nooit voor in zure magma’s en nooit samen met kwarts, anders tijdens de stolling is er de vorming van veldspaat Benoeming vd gesteenten mbv diagrammen van Streckeisen: onderscheid tussen diepte- en vulkanische gesteenten → verschillende namen voor dezelfde samenstelling Bv graniet (grofkorrelig diepgesteente) heeft dezelfde samenstelling als rhyoliet (fijnkorrelig opp gesteente) Diagram van streckeisen is een dubbele driehoek De ene met de gehalten aan alkaliveldspaat, plagioklaas en kwarts De ander met de gehalten aan alkaliveldspaat, plagioklaas en veldsplaatvervangers De 3 componenten per driehoek worden uitgerekend op 100% felsisch bestanddelen en uitgezet In de diagrammen wordt geen rekening gehouden met de kleurindex ♦ M stijgt van links naar rechts ♦ Ultramafische gesteenten met M>90% zijn een afzonderlijke klasse waarbij de benaming vooral wijst op het overwegend aanwezige mineraal bv pyroxeniet ⇒ pyroxenen. Vulkanische gesteenten met dergelijke samenstelling komen zelden voor Voorkomen van stollingsgesteenten De plutonische gesteenten Vooral granieten Frequent: kwartveldspaatgesteenten Minder frequent: diorieten en gabbro’s Zeldzaam is de rest De vulkanische gesteenten Vooral bazalten Frequent: andesieten Minder frequent: rhyolieten, rhyodacieten, dacieten Zeldzaam is de rest Indeling van de ganggesteenten Ganggesteenten zijn differentiatieproducten van grote magma intrusies ⇒ afwijkende samenstelling Aplieten → fijnkorrelig, suikerachtig Pegmatieten → grof Beiden ontstaan door uitkristallisatie van een waterijk hyperzuur restsmelt van granitische samenstelling
Afzettingsgesteenten (afzetting of sediment) Ontstaan Algemeen: Afzetting of sediment: materiaal dat door water, ijs of wind is afgezet Sedimenten: deeltjes van <1µm tot blokken van meerdere meters Gesteente fragmenten en de mineralen in sedimenten: afkomstig vd afbraak van andere gesteenten Ook resten van planten en dieren, schelpen en skeletten kunnen zich ophopen tot gesteentemassa’s Diagenese: losse afzettingen worden geleidelijk door steeds dikkere massa bedolven → holten tussen korrels verkleinen → gedeelte water uitgeperst → overblijvende water bevat meer zouten → bij toenemende T of p is er een uitkristallisatie van zouten uit het porienwater → aaneenklitten van losse korrels → hard sediment Bv cementen: kalk, kiezel, Fe Verkitting ook mogelijk op geringe diepte bij verzadiging aan kiezel, kalk of ijzer, ook in grondwater ontstaan verharde banken mogelijk Vorming van afzettingsgesteenten Door afbraak van: stollings-, metamorfe of afzettingsgesteenten door water fysische of chemische agenten en afzetting door water, wind of ijs vd afbraaksedimenten (zandsteen, leisteen) . Dit kan ook door uitkristallisatie van zouten (kalksteen, gips, evaporieten, fosfaten) of door biologische processen (kalksteen, steenkool) Gemeenschappelijk kenmerk vd verschillende vormingstypes is de gelaagdheid en het voorkomen van tal van fossielen
Stijn Vandelanotte
-19-
Bodemkunde: theorie Processen en omvang Processen aan aardoppervlak: verwering, erosie, transport, bezinking, accumulatie van organogeen materiaal en evaporatie → bij normale P en T omstandigheden Verwering: alle processen die gesteente ontbinden/ desintegreren door combinatie van fysische, chemische en of biologische factoren → vorming van verweringsmateriaal Bodem is het blangrijkste product van verwering Erosie: alle processen waarbij verweerd materiaal getransporteerd wordt op of nabij het aardoppervlak door water, ijs of wind Afzetting of sediment: los sediment (wanneer diagenese → hard gesteente) Omvang vd sedimentaire processen ≈ 5% vd aardkorst, doch bedekken ze 75% vh aardoppervlak Ten minste 95% vd sedimenten bestaan uit schiefers, zandstenen en kalkstenen 80% schiefers en klei 15% zandstenen en zand 5% kalkstenen
Indeling vd sedimentaire gesteenten Klastische gesteenten Psefieten of rudieten (grind / puin): 30-50% vd harde stabiele gesteente brokken van >2mm Conglomeraten: afgegronde grind aaneengekit fijne matrix Breccies: hoekige fragmenten (puin) Arenieten (zandkorrels, 50-200µm) zandkorrels hoofdzakelijk stabiele mineralen (kwarts, zirkoon), soms ook uit kalk of veldspaten Na intense verwering: alleen kwarts (witte kwartszand van Mol) Door verkitting van zand → zandsteen (arkose, kalkzandsteen, ijzerkalksteen) Pelieten of lutieten (korrels 2-5£0µm) Leemkorrels (2-50µm): l¨ss (vnl kwartskorrels + veldspaat + kalk + kleimineralen → ontkalking → leem) → bij verharding: siltstones Kleikorrels (<2µm): kleiafzettingen → bij verharding: leistenen, claystones Biochemische gesteenten kalkstenen: essentieel calciet→afgezet tgv fysico-chemische processen (onttrekken koolzuurgas)waarin ook organismen een rol kunnen spelen soms rijk aan fossielen(organismen met calciet in hun weefsel, schelp of skelet): fossielen + kalkhoudend slib → krijt → kalksteen (vb. ‘petit granit’) verschillende types en hardheid(krijt, kalksteen, dolomiet, travertijn, …) chemische sedimenten: uitdamping van of reacties in waterige oplossingen(bv. uit zeeën neerslaan van anhydriet, gips, steenzout en bitterzout) → soms dikke lagen die door lagere dichtheid en hun plasticiteit kunnen vloeien en in de bovenliggende formaties doordringen als diapieren fosfaten, kiezelgesteenten, ijzerafzettingen, Al- afzettingen, … organische koolwaterstoffen: accumuleren in reducerende omstandigheden. Vb. veen vorming →bruinkool →steenkool. In oceanen inbezinkende slib → planktonresten → door biochemische processen geleidelijk evolueren naar oliedruppels en gas → migreren in zandige sedimenten → vorming van petroleum- en aardgasbellen
Metamorfe gesteenten Ontstaan Wanneer P en/of T ↑ → mineralen in gesteente worden onstabiel → herkristallisatie → nieuwe mineralen ontstaan ten koste van vroegere mineralen zonder dat er versmelting optreedt (dit verschijnsel noemt metamorfisme) Waar komt het voor? Wanneer gesteenten zeer diep begraven onder dikke lagen (hoge P en T) Wanneer gesteentepaketten over elkaar schuiven of bij plooiingen (hoge P) Wanneer een opstijgend magma de T in de omgevende gesteentelagen doet stijgen Dus volgende hoofdtypes van metamorfose Thermometamorfose: ontstaat op diepte van 1-10km door T↑ als gevolg van opstijgende magma → lokaal om plutonische gesteentecomplexen → meestal beperkt tot enkele 100m dikte Regionale metamorfose: ontstaat op diepte >5km oiv de hoge T en P → zones zijn groter dan de thermometamorfose en minder gebonden aan afzonderlijke intrusielichamen
Stijn Vandelanotte
-20-
Bodemkunde: theorie Voornaamste metamorfe gesteenten 2 types metamorfe gesteenten Ongelaagde → ontstaan door overschuiving van gesteentemassa’s of door contact met magma Gelaagde → ontstaan door diepe begraving De hoofdtypes worden aangegeven uitgaande van een oorspronkelijk gesteente Stollingsgesteenten Graniet → gneis: onregelmatige foliatie van stengelige en plaatvormige mineralen afwisselend met kwarts en veldspaatrijke bandjes Basisch gesteente → amfiboliet: ongregelmatige foliatie van stengelige mineralen afwisselend met veldspaten Sedimentaire gesteenten Kalksteen → marmer: rekristallisatie Zandsteen → kwartsiet: rekristallisatie Schiefer: → fyllade → mica-schist → gneis. Bij fyllade: mica’s microscopisch klein, bij micashist macroscopische orientatie van glimmers Zandige schiefers → kwartsofyllade → schist → gneis. In kwartsofyllade afwisseling van kwartsrijke bandjes met kwartsarme bandjes waarin glimmers ontwikkeld zijn
Voornaamste mineralen in metamorfe gesteenten Exploitatie als delfstoffenvoor industrie: vb. ijzererts, bauxiet, kalksteen, … K, Ca, Mg, P, S, Na, Fe,…vrij bij chemische verwering van mineralen in gesteenten → mineralen belangrijkste leveranciers van plantenvoedende stoffen in bodems van natuurlijke ecosystemen en landbouwsystemen waarbij niet wordt bemest. De belangrijkste plantenvoedende stoffen zijn de macronutriënten N, P, K, Ca, Mg en S, en de micronutriënten Cl, B, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni en Mo. Samenstelling van moedermateriaal en graad van verwering ⇒ bepaalt de natuurlijke chemische vruchtbaarheid: zo zijn matig verweerde bodems op graniet (in een gematigd klimaat) zijn vruchtbaarder dan sterk verweerde bodems op graniet in tropische gebieden. Bepaalde mineralen vinden hun directe toepassing in landbouw of meststoffenindustrie: dolomiet:CaMg(CO3)2 calciet:CaCO3 gips:CaSO4.2H2O apatiet: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) sylviet: KCl
Samenvatting van de mineralen ! Stollingsgesteenten
Afzettingsgesteenten
Metamorfegesteenten
Stijn Vandelanotte
-21-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 7: Geologie en lithologie van België Woord vooral: in dit hoofdstuk dienen er geen data of namen gekend te zijn. Je moet enkel weten welke gesteenten waar voor komen. Daarnaast wordt het ook verwacht om de verschillen tussen primair, secundair, tertiair en quartair uit te leggen. Waar komt wat voor, hoe werd het gevormd en wat is hun impact op de de bodem. Niet zo belangrijk!!!!!!!
Geologische geschiedenis van België Waar komen de gesteenten voor? Stollingsgesteenten Zeer zelden voorkomen enkel nog te Bier, Lessen en Quenast Vulkanische gesteenten Ondergrond van West-Vlaanderen Metamorfe gesteenten Ardennen (Libramont en Bastenaken) Algemeen Welke onderdelen bij wat voorkomen moet je vinden in de legende, bv Jura is deel van mesozoicum Paleozoicum (Primair) → basisskelet van België ⇒ Sokkel Gebergte vormingen: Caledonische, Hercynische orogenesen ⇒ Door erosie zijn deze gebieden weer vlak geworden Voorkomen Hoog België, midden België en de valleien vd Dender, Zenne, Dijle, Gete Gesteentes die er voorkomen Vaste gesteenten: Zandsteen, kalksteen, leisteen Mesozoicum (Secundair) ⇒ Deklagen De vlakke gebieden uit het paleozoïcum werden gedurende deze periode meerdere malen overstroomd en door een steeds in dikte toenemende laag sedimenten bedekt De deklagen werden niet meer geplooid In de loop vd tijd verharden de oudere afzettingen tot gesteenten als zandstenen, kalkstenen De lagen zijn dus niet geplooid, wel licht hellend in het Noorden, meer hellende in het Zuiden. Deze lagen rusten op de Primaire Sokkel Voorkomen Deeltje van Bergen, Luik, Verviers en het deel met o.m. Aarlen Dagzoming: Krijt in het Hainebekken, Haspengouw, Land van Herve Trias en Jura in Belgisch Lotharingen Caenozoicum (tertiair) deklagen Gebergte vormingen: Alpine (vorming van Alpen, pyrineen, jura, karpaten) → In België weinig invloed Deze Lagen hellen zwak naar het Noorden Voorkomen: Hoofdzakelijk Vlaanderen en in Noord-Wallonie (ten noorden van Samber en Maes) Kwartair mantel Afzetting van sedimenten die de oppervlakkige laag vormen (mantel) en het III, II en I bedekken Gesteenten die er voorkomen: Losse sedimenten: zand, klei, leem Kenmerkend voor het Kwartair waren de 4 ijstijden, gescheiden door warmere perioden (fluctuatie vd zeespiegel) Vorming van zand, zandleem en leemstreek Vorming vd polders Vorming vd alluviale afzeetingen (opvulling valleien) Vorming vd grindafzettingen vd Maes De Kwartaire afzettingen komen overal in België voor Vorming van Kustvlakte 1. Afzetting van Calais tijdens Atlanticum: zand en klei afzetting, waddenlandschap afgesloten door duinengordel. Duinen van Ghyvelde – Duinkerke zijn nog restanten 2. Oppervlakteveen tijdens Subboreaal. Achter duinengordel → water wordt zoet →veenvorming (soms heel hoog, niet meer overstroomd: moeren) 3. Doorbraak duinengordel → nieuwe overstromingen tijdens Subatlanticum inverschillende fazen: • Duinkerke I (4de – 2de eeuw VC), bedekt door • Duinkerke II (3de – 8ste eeuw NC), indijking → Oudland • Duinkerke III (11de – 12de eeuw NC) nabij Nieuwpoort en het Zwin, na indijking → Middenland • Laatste indijking: esturarium van de IJzer en het Zwin → Nieuwland • Strategische overstroming tijdens 16de – 17de eeuw→Historische Polders van Oostende en de Scheldepolders van Oost Vlaanderen en Antwerpen
Stijn Vandelanotte
-22-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 8: Verwering en bodemvorming Verwering Algemeen: Laag en midden-België: diepe oppervlakkige materialen → diepe bodems Hoog België: meestal ondiepe oppervlakkige materialen → ondiepe, stenige bodems (bv ardennen) Verwering van mineralen en gesteenten geeft aanleiding tot de vorming van een bodem De bodem maakt deel uit vh natuurlijk milieu vd plant en kan gedefinieerd worden als het bovenste, losse deel vd aardkorst of lithosfeer tot op een diepte die van belang is voor de plant Een zeer groot deel vh landoppervlak is bedekt door bodems Alleen kale rotsen, permanent bevroren oppervlakken, zandduinen in woestijnen, dikke zoutlagen zijn niet als bodem te aanzien Verwering: afbraak van een gesteente en mineralen tgv verschillende processen die erop inwerken Fysische, chemische en biologische verwering met een sterke interactie tussen de verschillende vormen
Fysische verwering Oorzaken? Aantasting door fysische krachten Vorstwerking Bevriezen van water → uitzetting 9% → heel hoge P → uiteenvallen van gesteenten Waar? Meestal in hooggebergten Temperatuursverschillen → insolatie of woestijnwerking Door verschillen in uitzettingscoefficient vd verschillende mineralen in een gesteente → uiteenvallen Waar? Meestal in woestijnen Zoutkristallen: Door groei → afschilferen van gesteenten Bv CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O → volume toename van 60% → zie vorstwerking Spleetvorming tgv Verwijderen vd bedekking: drukontlasting Wortels van bomen in spleten: druk ↑ Gevolgen? Desintegratie (vergruizing, verbrokkeling) vh gesteente zonder verandering in chemische samenstelling →overgan v/e compact gesteente (bv graniet) tot een gesteente bestaande uit losse brokstukken Vergruizing → groter reactie oppervlak vh gesteente → geschikt worden voor transport en afzetting en daarenboven nog meer onderhevig aan chemische en biologische verwerking Algemeen: meest actief in gebieden waar weinig neerslag voorkomt (hooggebergte, de polen, woestijnen)
Chemische verwering Algemeen Wat? Afbraak van mineralen van gesteenten door koolzuur en humuszuren → aantasting vd mineralen Vorming van koolzuur: CO2 + H2O → H2CO3 Neerslag H2O, atmosfeer bevat ook CO2 ⇒ zure regen Zuur bodemwater → chemische verwering ↑ O2 → reacties in oxyderende bestanddelen Verwering ↑ ~ T↑ Gevolgen? Samenstelling vh mineraal verandert Bv KAlSi3O8 + 6H2O (orthoklaas) ↔ Al4(Si4O10)(OH)8 (kaoliniet) + 8SiO2 + 4KOH Kleimineralen als resultaat van verwering, kunnen migreren in de bodem (vorming van Bt-horizont) Kwarts is heel resistent tegen chemische verwering Mineralen kunnen volledig (congruent) of slechts gedeeltelijk (incongruent) oplossen Congruent oplossen Haliet (NaCl) is goed oplosbaar: 350gr/kg H2O bij 25°C ⇒NaCl van zoutafzettingen en insluitsels in mineralen lossen snel op Gips (CaSO4.2H2O ) is veel minder oplosbaar 2200ppm bij normale T Kwarts is weinig oplosbaar: alleen bij langdurige verwering in een tropisch klimaat zal het oplossen
Stijn Vandelanotte
-23-
Bodemkunde: theorie Calciet (kalkstenen) nog minder oplosbaar Afhankelijk van CO-2—druk, pH en T Reactie: CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca2+ + 2HCO3H2CO3 ↔ CO2 + H2O ♦ Lage pH → vooral H2CO3 oplossing → reactie naar rechts ♦ Hoge pH → vooral HCO3♦ Als CO2 druk ↓ → neerslag van CaCO3 ♦ In bodems met meer CO2 → oplosbaarheid van kalksteen > die bij contact met rivierwater ♦ Bij lage T → meer CO2 opgelost in H2O → grotere oplosbaarheid CaCO3 lost op in koude oceaanwater op grote diepte en lost minder op in warm water nabij de oppervlakte in tropische gebieden Kalkstenen zijn meer resistent tegen verwering en erosie in tropsiche gebieden dan in gematigde sterken Kalkneerslag bij koken van water ♦ Als T ↑ → oplosbaarheid van calciet daalt iets Door ontkalking (reactie naar rechts) verdween uit de kalkhoudende bovengrond vd poldergronden 10% vd calciet in 300jaar. In kalksteen gebieden kan per jaar en per km² tot 40m³ kalksteen opgelost worden ⇒ oppervlakte verlaging van 4cm per 1000jaar ♦ Oplossing van kalksteen kan leiden tot typische landschapsvormen: “Karst” Incongruente oplossing Hydratatie; absorptie van H2O-moleculen aan mineraal → wijziging vd eigenschappen Bv CaSO4 (anhydriet)+ 2 H2O ↔ CaSO4.2H2O (gips) ♦ Ook een volume verandering ⇒ extra fysische invloed Hydrolyse: vervanging van kationen in structuur van primaire silikaten door H+ ionen uit de bodemoplossing → vorming v/e hydroxylgroep of een afzonderlijke hydroxide. Hydrolyse is het belangrijkste chemische verweringsproces Bv KAlSi3O8 + 6H2O (orthoklaas) ↔ Al4(Si4O10)(OH)8 (kaoliniet) + 8SiO2 + 4KOH Reacties verlopen naar rechts bij lage pH Ionen gaan in oplossing en worden weggevoerd met het grondwater of worden ten dele geadsorbeerd of ingebouwd in kleimineralen Fe2+ zal normal geoxydeerd worden en neerslaan als goethiet of haematite wat zeer onoplosbaar is Kwarts is weinig oplosbaar en zal in fijnverdeelde toestand achterblijven en evenuteel microkristallijne kwarts vormen, in tropische gebieden is de oplosbaarheid x groter In tropische gebieden kan in goed gedraineerde bodems silica onttrokken en opgelost worden uit de kleimineralen zodat (Al2(OH)6) als residueel product achterblijft ♦ Al-rijke bodems kunnen tenslotte een Al-erts vormen Oxidatie en reductie Vooral oxidatie van Fe2+ houdende mineralen (biotiet, magnetite) gevormd in het primair milieu Voorbeeld: 2Fe2SiO4 + O2 + 4H2O (olivijn) ↔ 2Fe2O3 + 2H4SiO4 (limoniet) ♦ Vorming van Fe onoplosbare nieuwe mineralen ♦ Het sulfide ion wordt omgezet in sulfaat ♦ Zure oplossingen ontstaan ♦ Limoniet die op deze wijze ontstaat zal de bodems rood of geel kleuren Pyriet of Markassiet (FeS2): dikwijls in III kleiafzettingen → vorming sulfaat → + Ca → gips Wanneer verwering in anaërobe voorwaarden gebeurt ⇒ geen oxidatie van Fe2+ → blauwgrijze kleur
Biologische verwering Wortels van planten → verbreden van rotsspleten → gesteente splijt (dus ook soort fysische verwering) Gravende organismen → gesteente homogeniseren en toevoer van lucht en water vergemakkelijken → ontbinding en oxidatie kunnen optreden (chemisch) Bacteriën kunnen zowel oxidatie als reductie bewerkstelligen In anaërobe toestanden: sulfaat-reducerende bacteriën produceren S2- of H2S → neerslag van metaalsulfiden →vorming van pyriet en./of markassiet Bij ontbinden en verrotting van organische resten → vorming van humuszuren en CO2 → pH ↓ → metalen in oplossing Plantenwortels: deze scheiden ook organische zuren af ⇒ pH↓ Plantenwortels en bodemdieren: deze scheiden ook CO2 af als restproduct bij hun ademhaling ⇒ grote hoeveelheden CO2 → pH ↓ ⇒ oplossen van mineralen wordt vergemakkelijkt (bv bij calciet)
Stijn Vandelanotte
-24-
Bodemkunde: theorie Factoren die verweringsprocessen beïnvloeden Weerstand of resistentie van mineralen en gesteenten Afhankelijk vd mineralogische samenstelling, textuur en structuur vh gesteente Verweringsreeks van Bowen voor primaire silikaten: mineralen die bij hoge temperaturen T →minder stabiel tegen chemische verwering dan mineralen die uitkristalliseren bij lage T Basische gesteenten → verweren vlugger dan zure gesteenten tot zeer snelle verwering Apatiet (komt niet voor in de reeks) → apatiet is ook sterk verweerbaar en levert een druk Ubiquisten: dit zijn zware mineralen (bv rutiel, toermalijn, zirkoon met ρ > 2,8 → komen niet voor in de reeks van Bowen) Grotere resistentie dan kwarts Komen voor in zandfractie sedimenten en bodems naast kwarts en orthoklaas → aanwijzing over de herkomst vh sediment Verwering van een vast gesteente Onder tropisch klimaat: toename vd 15cm in 1000 jaar Onder gematigd vochtig klimaat: gemiddelde toename van 3 cm in 1000 jaar Mineralen in secundair milieu of van sedimentaire gesteenten: Volgorde van resistentie tegen verwering: sulfiden < carbonaten < silikaten < oxyden Klimaat Voornaamste elementen vh klimaat: neerslag en temperatuur T: beinvloedt snelheid van chemische reacties en ontbinding van organisch materiaal (chemisch) en bepaalt verdamping en bevriezing (fysisch) Neerslag: H2O → noodzakelijk agens voor chemische verwering Klimaat controleert plantengroei (biologisch) Verschillende bodemtypes lopen parallel met de klimaatgordels (zonale bodems) → verweringsproducten verschillen naargelang klimaatzone: Koude zone: vaak stenige bodems, fragmenten vh oorsprongsgesteente Gematigde zone: meest verweerbare mineralen verdwijnen → alleen kwarts, orthoklaas en muscoviet blijven over Kwarts en orthoklaas vnl in zandfractie en muscoviet wordt getransformeerd tot illiet in de kleifractie Tropische zone: alle verweerbare mineralen zijn aangetast behalve kwarts (zandfractie); door neogenese veel kaoliniet (kleifractie) Na, K, Ca, Mg logen uit, Fe en Al oxideren tot goethiet, gibbsiet Bodemzonaliteit Zonale bodems: bodems met een ontwikkeling die karakteristiek is voor een bepaalde klimaatzone Intrazonale bodems: goed ontwikkelde bodems die, door de invloed van andere bodemvormende factoren dan klimaat, afwijken van zonale bodems Azonale bodems: jonge bodems die nog weinig bodemvorming hebben ondergaan Reliëf en drainage Sterk reliëf: fysische verwering en erosie groot → onverweerd gesteente komt aan de oppervlak omdat er geen verweringslaag meer is overgebleven. Ondiepe bodems Matig reliëf (heuvelachtig); diepste verweringslagen. Hier vind men de watertafel op zekere diepte (tenminste op de heuvelruggen en hellingen) ⇒ goede drainage ⇒ constante vernieuwing verweringswater door neerslag ⇒ afvoer geneutraliseerde bodemwater Zonder reliëf: moerasgebieden: afwatering moeilijk → verwering klein Erosie = afbrokkeling en beginstadium van transport vd brokkelstukken: exogene processen waardoor verweringsmateriaal uit brongebied wordt weggevoerd Hellingsprocessen → zwaartekracht Fluviatiele erosie → continentaal water Winderosie Glaciale erosie → ijs Mariene erosie → zeewater Transport: verplaatsing (door water, wind of ijs) van materiaal hetzij als vaste deeltjes of in een oplossing
Stijn Vandelanotte
-25-
Bodemkunde: theorie Bodemvorming algemeen ontstaan? resultaat van verwering → ontstaan los materiaal → bodem wat? Buitenste deel vd aardkorst, waarin lithosfeer, hydrosfeer, atmosfeer en biosfeer onderling interageren, met verweringsverschijnselen tot gevolg Bodemvormende factoren: klimaat, aard vh moedergesteente, vegetatie, reliëf, tijd, mens (bv landbouwtechnieken) Diepte bodem: verschillende definities Voor landbouw: het deel dat belangrijk is voor de plantenwortels → tot 2m, varieert van enkele cm in rotsige streken (bv ardennen), tot 1 a 2m op losse materialen (leemstreek) Voor milieudeskundigen: bodem is het vaste deel vd aarde met inbegrip vh grondwater en de andere bestanddelen en organismen die zich daarin bevinden. Bodemverontreiniging → vaak veel dieper dan de zone van plantenwortels en dus ook in het grondwater
Ontstaan vh bodemprofiel: migraties Algemeen Ontstaan vh bodemprofiel? Door verwering van gesteente: vorming moedermateriaal (losse bodemlaag) boven het moedergesteente. Moedermateriaal → hierin wordt de ‘bodem’ gevormd door bijkomende processen → horizonatie → profielontwikkeling Processen bij profiel ontwikkeling Aanvoer en omzetting van organische stof Afkomstig van planten Bovenin het profiel: grond een donkerdere kleur Minerale fractie (kle, zand,..) gemengd met hoeveelheid organische materiaal (OM) Natte gronden: donkere laag dun met hoog gehalte aan OM Drogere gronden: gehalte aan OM is doorgaans lager, maar dikte van de laag is groter ‘plaggen’ bodems: humeuze bovenlagen ontstaan door ophoging vd mens Migraties: uit en inspoeling of heterogenisatie Wanneer er meer neerslag is dan er verdamping is ⇒ neergaande waterbeweging in bodem Suspensie of oplossing van bepaalde bodembestanddelen → deze afvoeren tot op zekere diepte (eluviatie) Neerslaan (illuviatie) Of definitieve verwijdering door horizontale stromingen (mbv grondwatertafel) Verarmde lagen: eluviale horizonten Aangerijkte lagen: illuviale horizonten Ontwikkeling vh bodemprofiel is afhankelijk vd aard en de intensiteit van migraties van bodemcomp. Welke migraties? Migratie van alkali-elementen ♦ Alkali-elementen (K, Na) in bodem ovv zeer oplosbare kalium en natriumzouten of ovv gemakkelijk uitwisselbare ionen → uitloging onder vochtig klimaat geschiedt snel en volledig Migratie van aardalkali-elementen (Ca, Mg) ♦ Ca-zouten: carbonaten (calciet, dolomiet) en sulfaten (gips) ♦ Oplosbaarheid van gips is 200x groter dan deze vh carbonaat. ⇒ carbonaat, dolomiet → oplossen tot bicarbonaat → migratie Bij de oplossing van carbonaten en sulfaten: Ca en Mg vrij als gehydrateerde kationen: spoelen uit of zijn aanwezig als uitwisselbare kationen op het uitwisselingscomplex ♦ Ca en Mg gemakkelijk verdrongen door H+ ionen en kunnen volledig uitgeloogd worden Migratie van ijzer, mangaan en aluminium (sesquioxyden): 2 mogelijkheden ♦ 1/ onder vorm van echte oplossing Fe: migratie slechts mogelijk in sterk zuur of sterk reducerend milieu Zuur milieu (pH <3: Fe mobiel als Fe3+ Reducerend milieu: Fe3+ → Fe2+ (zeer mobiel) → vaak tijdelijk of permanent waterverzadigde bodemhorizonten (gleyverschijnselen) Door anaërobe microbiële activiteit → migratie ferro-ijzer als ferrobicarbonaat Mn: Mn4+ of Mn3+: → Mn2+ (nog mobieler dan Fe32+) Al: Reducerend milieu: mobiliteit lager dan Fe (Al niet gereduceeerd) Zuur milieu (pH < 5,5): Al als gehydrateerd mobiel ion In een alkalisch milieu (pH > 8,5): (Al(OH)3 als anion mobiel
Stijn Vandelanotte
-26-
Bodemkunde: theorie ♦
2/ onder vorm van colloidale oplossing Fe: in bodem doorgaans driewaardig Fe3+ →vormt Fe(OH)3 in het bodemwater → een positief geladen colloid Onafhankelijk Migratie van Fe(OH)3 wordt snel onmoglijk ⇒ migreren samen met klei waarbij Fe(OH)3 irreversibel gebonden is aan negatief geladen klei deeltjes Als Chelaten: organisch complexvorming met fulvo- en humienzuren → zeer mobiele organische complexen Al Met klei- en humus-colloiden: Al op uitwisselingscomplex Als chelaten: zoals bij Fe OPM: in een dieper milieu is er een kleinere reducerend vermogen of lager pH ⇒ uitvlokking vd colloïden ⇒ geen verdere migratie OPM: Migratie van Fe en Al niet altijd in dezelfde verhouding Migratie van kiezelzuur ♦ Afhankelijk vd pH ♦ In ons klimaat: geringe migratie van kwarts ♦ Alkalische gronden: grote migratie van kwarts ♦ Migratie van kwarts is hoger in aanwezigheid van humus Migratie van OM ♦ Zachte humus: gevormd in neutraal of alkalische milieu (veel Ca) → moeilijke migratie en weinig bestanddelen die oplosbaar zijn in het bodemwater ♦ Zure humus: gevormd in zuur milieu van plantenresten en arm aan minerale stoffen → zeer sterk oplosbaar in water → migreert als colloidale oplossing (met Fe en/of Al) (bv podzolen) Migratie van klei ♦ Kan een gevolg zijn van mechanische percolatie met doorsijpelend regenwater ♦ Kan ook van colloidale aard zijn: kleideeltjes zijn negatief geladen en uitvlokking van klei wordt verhinderd door de aanwezigheid vd colloidale humus ♦ Na-zouten aanwezigheid bevordert de migratie van kleideeltjes Vrij dikke hydratatiemantel vd geadsorbeerde Na-ionen ♦ Kan ook door neutralisatie vd positief geladen hydroxiden van sesquioxyden → geladen kleideeltjes vlokken uit (accumulatie van klei) Volgende fasen Verwering gesteente (R) in los moedermateriaal (C) Nestelen vd vegetatie: vorming van humus aan het oppervlak en inmenging vd bovenste laag door organismen (A-horizont) Door afbraak → van humus (organische zuren) en koolzuur in bodemwater → verdere verwering onder Ahorizont → vorming van verwerings B-horzizont Eluviatie van klei en/of humus: vorming van illuviale B-horizonten (Bt, Bhs) met daarboven eventueel de uitlogingshorizont E Verdere verwering van deze horizonten: vorming van Bws-horizont Bodemprofiel gekenmerkt door verschillende horizonten (A,B,C) afh vd graad van bodemvorming Evolutie: R → A – C → A – Bw – C → A – Bt (Bh, Bk) – C → A – Bws – C
Het bodemprofiel Bepaalt door: bodemvormende factoren → verwering → gevolg: verschillende lagen (horizonten) Ontstaan: Hard gesteente → verwering(fysisch, biologisch, chemisch): los materiaal → humus → vegetatie →meer humus → woeldieren mogelijk → poreuze massa → uitloging elementen door aantasting vd humuszuren →bepaalde elementen afgezet onderin → vorming van verschillende horizonten A-horizont: oppervlakkige laag met OM B-horizont: aanrijking met ingespoelde elementen C-horizont: los moedermateriaal R-Horizont: hard gesteente
Stijn Vandelanotte
-27-
Bodemkunde: theorie Studie van een profielkuil Wat? Observatie van een profielkuil → gegraven put van 1-2 m diep, waarbij langs de verticale wanden de natuur en de superpositie vd bodemlagen wordt beschreven en bemonsterd adhv internationale richtlijnen →bodemclassificatie (USDA, FAO) Waarom? Om de variabiliteit vd bodems binnen een bepaald bodemtype te bepalen Hoe? Boringen met een standaard diepte van 1,25m (dit heb je ook gedaan voor je project van bodemkunde) Karakteristieken vd bodem in profielkuil: verschillende horizonten Aard vd horizonten (A,B,C) Dikte vd horizont (bovenste en onderste begrenzing) Kleur vd bodem Aanwezigheid van gleyverschijnselen (roestvlekken) Bodemtextuur Structuur vd bodem Compactie vd bodem, consistentie (hard, zacht?) Poriengehalte, groote en type Grindgehalte en aanwezigheid van artefacten Aanwezigheid van zouten, vooral kalk (door HCl test) Sporen van biologische activiteit: molgangen, mierennesten Wortelgehalte (dikte, aantal, plaats) Overgang tussen de horizonten In laboratorium volgende analyses per horizont Organische koolstof, Stikstof, Fosfor Textuur, zand-, klei- leemfracties pH-H2O en pH-KCl kationenuitwisselingscapaciteit CEC uitwisselbare basische kationen uitwisselbare zuurheid en Al opm: ook ongestoorde monsters van fysische bepalingen (dichtheid, pF) ter evaluatie van het waterhoudend vermogen Voorbeelden Bodems met A-C profiel: Entisols Jonge bodems In C: stratificatie zichtbaar USDA: entisols FAO, WRB: regosols, fluvisols, gleysols, arenosols Duinbodems, polderbodems, jonge bodems in stroombekkens Ook ondiepe bodems op gesteente (ardennen) Landbouwwaarde is afh. van grondsoort en drainage Bodems met een A-Bw-C profiel Vrij jonge bodems Geen duidelijke uitloging of aanrijkingshorizont Bw horizont: verwering B-horizont → kleur B of structuur B USDA: inceptisols FAO, WRB: cambisols , gleysols Veel in de ardennen in verweringsmateriaal van schiefers, kalksteen Landbouwwaarde is afhankelijk vd dikte vd verweringslaag en stenigheid vd boem Bodems met een A-(E)-Bt-C profiel Onder bos: duidelijk bleekbruine uitlogingshorizont (E) enk klei-aanrijkingshorizont (Bt) → A – E – Bt – C profielontwikkeling Onder akkerland: geen E → A- Bt – C profielontwikkeling FAO, WRB: luvisols Typisch voor leem en zandleemstreek Hoge landbouwwaarde maar toch in beperkte mate afhankelijk vd drainage Bodems met een A-E-Bh-C profiel Sterk uitgeloogde bodems met duidelijk uitlogingshorizont E en humus/ijzer-aanrijkingshorizont (Bh) → A – E – Bh – C FAO, WRB: podzols Meestal onder bos of heide Zandig moeder materiaal: vooral in zandstreek en Vlaamse Vallei Heel lage landbouwwaarde en afhankelijk van dikte vd bouwlaag en diepte vd grondwatertafel Bodems met een O-C profiel Veengronden FAO, WRB: histosols Hoge venen (hoogveen), enkele valleien (laagveen) Geen landbouwwaarde Hoge natuurwaarde
Hoofdstuk 9: Samenstelling vd bodem Gewoon eens lezen , niet zo belangrijk. Dit lijkt meer op chemie uit het middelbaar met een tintje bodemkunde :p
Stijn Vandelanotte
-28-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 10: Fysische eigenschappen van de bodem Granulometrie Korrelgroottefracties 90-95% vd vaste fractie vd bodem zijn minerale bestanddelen Oorzaak: verwering van gesteenten In stenige grond: tussen het verweerde nog veel onverweerd materiaal In zandgrond: gesteente korrels duidelijk zichtbaar, de grofste zandkorrels kan men goed tussen de vingers voelen schuren In kleigrond: onmogelijk afzonderlijke korrels te onderscheiden → klei voelt vettig aan Grootte vd mineralen kan sterk uiteenlopen: van een kei tot microscopische kleine delen Grindt fractie: Voorkomen: vooral in hoog België Grindt → belemmering vd bodemwerking → verlaging vd landbouwwaarde Kwartsgrint: volledig inert → geen afgave van voedingsstoffen Behalve vd verweerde gesteente fragmenten Zandfractie Voor 80% uit kwarts (inert), 20% weinig verweerbare mineralen als orthoklaas en muscoviet Zand heeft een holocene ouderdom (IV): meestal heel kwartsrijk Zand uit III of II ouderdom: meestal veel rijker (kalk, glauconiet, mica’s) Zandgronden: veel drainage porien → grote uitspoeling vd voedingselementen (NO-3--, K+,Ca++) → zeer geringe landbouwwaarde Leemfractie Voor 80% in zuiver onverweerde loess, vnl grof leem 20-60µm Bevatten meer verweerbare mineralen dan zandfractie → leemgronden in België slechts 10000 jaar oud Onverweerde leem (loess): kan tot 12% kalk bevatten Leem bevat normaal: 88% kwarts, 1 tot 4% mica, 7-12% veldspaat en 0,5 zware mineralen Kleimineralen in leembodems: illiet, vermiculiet en smectiet aanwezig tgv verwering van mica’s Loess mantel wordt soms vermengt met substraat materiaal: mica, glauconiet, kalk Leemgronden: zeer hoge landbouwwaarde, doorgaans weinig Mg bemesting nodig itt zandgronden hoog gehalte aan nuttige waterbergingsporien itt zand en kleigronden Kleifractie Bestaat hoofdzakelijk uit kleimineralen → de mineralogische samenstellig is afh. van onstaanswijze Kalksteenverweringsklei: smectiet Verweringklei van bepaalde schiefers: kaoliniet Klei van III ouderdom: mica, glauconiet → maar dit verweerd naar illiet en smectiet Alluviale mariene of fluviatiele kleiafzettingen: smectieten met hoge kationenbezettingen (rijk aan Ca, Mg) Kleifractie (na humus) is de meest actieve fractie! Iliet, vermiculiet en smectiet bezitten een negatieve lading (permanent of veranderlijk) → adsorptie voedingskationen → uitwisseling naar plantenwortels Kleigronden → grote wateropnmae maar minder nuttige waterberginsporien dan leemgronden Smectieten → wateropname → sterke zwelling → schade, huizen Dit vormt vooral in de subtropen grote problemen: zwellen → krimpen → zwellen … Samenvatting Grind: inactief in bodem Zand: inactief in bodems IV zand: vooral kwarts III en II zand: rijker aan mineralen zoals glauconiet, kalk, mica’s Leem: actieve bodemfractie → bevatten verweerbare mineralen → bij verwering dienen deze mineralen dan als plantenvoedende bestanddelen Bevat voornamelijk: 88% kwarts, 1 tot 4% mica, 7-12% veldspaat en kleimineralen gevormd door verwering (illiet, vermiculiet, smectiet) Klei: actieve bodemfractie → bevatten verweerbare mineralen → bij verwering dienen deze mineralen dan als plantenvoedende bestanddelen Kleimineralen (smectiet, vermiculiet, kaoliniet) en het type klei is afhankelijk vd aard vh moedermateriaal en graad vd verwering. Kleimineralen kunnen voedingsbestanddelen adsorberen en uitwisselen ⇒ belangrijk voor plantenvoeding
Stijn Vandelanotte
-29-
Bodemkunde: theorie De bodemtexturen (grondsoorten) Met behulp van de drie hoek kan men bepalen met welk grondtype je te maken hebt. In de hoeken vd driehoek vindt je telkens 100% van klei,zand of leem fractie. Voorbeeld: Samenstelling: 40% Zand, 50% Leem, 10% klei OPM: probleem met deze driehoek is dat je slechts 3 gehaltes kunt uit tekenen terwijl je ook nog een grind gehalte en een OM-gehalte hebt waarmee je moet rekening houden Indeling volgens grindgehalte 15-75% grind → zone G → stenige bodem >75% grind → zone I → zeer stenige bodem Indeling volgens OM >30% OM → zone V Licht ↔ zwaar! Z, S en P → lichte gronden = gemakkelijk en vroeg te bewerken P- gronden gescheiden van S gronden: op P-gronden is de eerste tarwe teelt nog mogelijk P – gronden zijn ideaal voor tuinbouw Z – gronden verstuiven gemakkelijk, S – gronden weinig of niet Z en S- gronden vereisen de zwaarste bemestingen A L E en U → zware gronden = moeilijker te bewerken A en L: beste landbouwgronden U-gronden: goed tot zeer goed wanneer bovengrond kalkhoudend is, wanneer het te nat is wordt het meestal gebruikt als weiland Textuurprofiel: Wat? de verticale opeenvolging van grondsoorten tot op 120cm diepte Bodem homogeen: wanneer slechts 1 grondsoort voorkomt tot op 120 cm diepte Bodem heterogeen: wanneer meerdere grondsoorten voorkomen en mekaar opvolgen Bv zand-bovengrond en klei-ondergrond ; klei op veen Substraat: wanneer ondergrond een afwijkende structuur bezit tov de bovengrond → aanduiding als substraat als deze tussen de 20 en 120 cm begint Men onderscheid volgende substraten s-: zandsubstraat → groepeert de texturen Z, S, P l-: leemsubstraat → groepeert de texturen L , A u-: kleisubstraat → groepeert de texturen E, U w-: klei-zandsubstraat v-: veensubstraat → ondergrond V g-: grindsubstraat → ondergrond stenig Bodemlegende vd Belgische kustzone: berust op geomorfologische en lithostratigrafische criteria: bv duinbodem, komgrond De experimentele korrelgroottebepaling: mechanische of granulometrische analyse (niet zo belangrijk!!!!!) Toepassingsgebied? Alleen op fijngrond, fractie <2mm, na verwijdering van Niet-nietminerale deeltjes Bepaling Bodemmonster wordt vooraf aan de lucht gedroogd Luchtdroge grond gezeefd door zeef van 2mm: afscheiding vh grind Fijngrond behandelen met H202 om het OM te destrueren Toevoeging van HCl voor oplossing carbonaten en cementerende Fe-oxiden Verwijderen oplosbare zouden door wassen met water Drogen en afwegen bodemhoeveelheid Nat zeven op zeef van 50µm voor afscheiden vh zand vh leem en klei Leem en klei oplossing verzadigen met Na+ ionen om klei dispersie te brengen Pipeteren om leem- en kleifracties te bepalen volgens de wet van Stokes Wet van Stokes = verband vd ∅ van gesuspendeerde deeltjes en hun bezinkingssnelheid in vloeistofkolom
V = [x ² g ( ρ s − ρ i )] / 18η Met x = 2r en v = s/t s = [2r ²tg ( ρ s − ρ i )] / 9η
Stijn
V: sedimentatiesnelheid (m/s) ρs: dichtheid vd deeltjes (2,65. 10³kg/m³) ρi: dichheid vh medium (1kg/m³) G: gravitatieconstante Vandelanotte X: diameter van het deeltje (m) η: dynamische viscositeit vh medium
-30-
Voorstelling gebeurt adhv de cumulatieve curve
Bodemkunde: theorie Werkelijk soortelijk gewicht SG Formule: SG = massa / volume Afh van: verhouding tussen minerale en organische bestanddelen Kwarts (SG = 2,65 g/cm³) meestal meer dan 80% Orthoklaas (SG = 2,58) 10 à 20% Muscoviet (SG = 2,82) enkele % Bijzonderste kleimineralen: illiet en kaoliniet: SG = 2,65g/cm³ SG minerale bestanddelen Meeste bodems : 2,65g/cm³ Wanneer SG> 2,65 g/cm³ ⇒ belangrijk gehalte (10-20%) aan Fe-oxiden (goethiet bv) met een SG van 4g/cm³ (dit komt vooral voor in tropische gebieden) SG humus in droge toestand: gemiddeld 1,45 g/cm³ Berekening:
(1)
Gewicht %→
Volume % → (2) Schijnbaar soortelijk gewicht SSG = dichtheid v/e ongestoorde bodem: betrekking op de bodem als geheel → vaste bestanddelen + porien Formule: (3) SSG < SG omdat porien geen massa hebben! Bepaling van SSG: monstername is zeer belangrijk → ongestoorde ringmonsters bij max. zwellingstoestand vd bodem (lente → bodem is op veldcapaciteit) Totaal porien volume: TPV Deel van grondvolume dat door porien wordt ingenomen → uitgedrukt in een fractie vh grond of substraatvolume. Uit SG en SSG kan TPV berekend worden: Formule: (4) Het vol% aan vaste bestanddelen : SSG*100/SG Verband tussen % humus, SSG en TPV: Humus ↑ → SSG ↓ → TPV ↑ Hoe komen we aan de formule voor TPV? → voorbeeld Bodem met: 2% humus (gew%) en SSG 1,4575 kg/dm³ ⇒ SG = (100x1,45x2,65)/142+5,3 = 2,607 … deze waarden krijg je als formule (1) gebruikt ⇒ Volume aan vaste bestanddelen in 1dm³: SSG*100/SG = 1,4575/2,607 = 0,559 ⇒ volume aan porien in dezelfde 1dm³: TPV = 1 – 1,4575/2,607 = 0,441dm³ (gebruikt van formule (4))
Bodemstructuur Bodemstructuur: onderlinge rangschikking en binding vd vaste bodemdeeltjes tot stabiele of niet stabiele bodemaggregaten De bovengrond Korrelstructuur: grondkorrels liggen afzonderlijk naast en op elkaar (tvm hoop graankorrels) → slechte structuur: klein poriënvolume (25%vol) (bv arme zandgronden → verstuiving) Kruimelstructuur: gronddeeltjes kleven aan elkaar tot aggregaten → vormen kluitjes of kruimels met afgeronde vormen, ordeloos en mekaar → goed structuur: groot poriënvolume (60%vol) (bv uitwerpselen regenwormen) Ondergrond Verschil met oppervlakte structuur/bovengrond Aggregaten met geometrische-regelmatige vormen Sluiten goed bij elkaar aan Groter dan aan oppervlakte Meestvoorkomende vormen: prismatisch, platig en blokkig Prismatische structuren Structuurelementen zijn prismas Verticale as > horizontale assen In klei- en leem bodems, net onder de bouw voor Binnen de prisma’s: weinig porien Prisma’s kunnen verscheidene dm’s hoog zijn Variant: colummaire structuur (in Na+ verzadigde bodems
Stijn Vandelanotte
-31-
Bodemkunde: theorie Platige structuren: horizontale structuurelementen te onderscheiden afgeplatte, soms schubachtige vorm verticale as veel kleiner dan de horizontale assen o.m. op slempige grondenen inploegzool meestal weinig poriën• storen de afvoer van water en zijn belemmering voor wortelontwikkeling Blokkige structuren: aggregaten kubusachtige vorm de 3 assen ongeveer even groot kunnen ontstaan uit prisma’s wanneer hoeken scherp: hoekige blokstructuur(veel zwellende kleien) in meer zandige en lemige bodems: Factoren van invloed op de bodemstructuur Belang vd structuur Aanwezigheid van porien en holten tussen de vastbodemdeeltjes is belangrijk om volgende redenen er kan lucht in de bodem dringen: O2-rijke lucht nodig voor ademhaling van gewassen en bodemdieren. Wanneer < 10 à15 vol% lucht →minder groei er kan warmte in de bodem dringen er is een goede beworteling mogelijk er kan water in de grond vastgehouden worden: water nodig gedurende ganse groeiperiode van de gewassen. Overmaat aan water →heel schadelijk voor gewassen: verdrijven bodemlucht uit poriën →afsterven wortels een overmaat aan water kan worden afgevoerd Behoud van een goed structuur en het vermijden van structuurverval is daarom onontbeerlijk en aangepast cultuurtechnische maatregelen zijn dus ook noodzaeklijk Bodembewerking – klimaat Ploegen ⇒ verhoogd aanzienlijk de macroporositeit vd bodem Slagregens verslempen in de bodems Vorst ⇒ verbrokkeling vd kluiten ⇒ verhoging poriënvolume Ploegen in natte omstandigheden is nefast ! Gewicht tractor → compactie vd bodem bij ploegen → grotere kluiten → steenhard bij gemis aan vorst Door slippen van wil van traktor in ploegvoor → vorming van verstikkende ploegzool = dun verhard laagjes op ploegdiepte (35cm) → toegesmeerd → doorlaatbaarheid water en wortels ↓ → opbrengst↓ Wateroverlast in bouwvoor (veroorzaakt door ploegzool) → structuur bederf Wanneer droog: ploegzool breken dor ondergrondwoeler (breken tot 20à35cm diepte) Lichte gronden: ploegen na winter, tijdens winter groenbemester Zwaardere gronden: best ploegen in herfst → kluiten breken door vorst Organische bemesting → verhogen vh OM Groenbemesting in de rotatie: bv In leemstreek: suikerbiet , wintertarwe, winter-gerst-raaigras of wikke In zandstreek: mais, wintergerst, raaigras Toedienen van stalmest of drijfmest Inschakelen in de rotatie van tijdelijk grasland Inploegen van oogresten zoals bietenbladeren, stro van graangewassen (vaak in leemstreek) Bekalking Zeer effectief in zware kleigronden In leem- en kleigronden: om de 6 à 8 jaar van 30à40 ton schuimkalk/ha ⇒ 35 ton vochtige schuimkalk komt overeen met 15000 kg fijn verdeeld CaCO3, 250kg P2O5, 100kg N ovv 2500 kg OM, rijk aan ruwe eiwitten en 200kg suiker In zandleemgronden: in rotatie om de 6 jaar gewoonlijk aardappelen → gevoelig voor kalk → schuimkalk te strooien onmiddellijk na de aardappelteelt Voorzorgen bij de minerale bemesting Gebruik van grote hoeveelheden Na-rijke kunstmeststoffen of ruwe kalizouten (die rijk zijn aan NaCl) te vermijden Na-ionen → dikke hydratatiemantel → klei gaat sterk peptiserend → structuurverval → korstvorming aan oppervlakte → belet verluchting van de bodem, infiltratie van water en kieming van zaden
Stijn Vandelanotte
-32-
Bodemkunde: theorie Plasticiteit en tijdstip van bodembewerking Wat? Eigenschap v/e lichaam om zonder breuk of scheur kneedbaar te zijn maw vervormbaar onder druk en waarbij de vervorming behouden blijft na het ophouden vd vervormende kracht In de bodem is de plasticiteit afhankelijk van Gehalte aan smectiet In L en M België → Kleigrond met 30% klei bezit ongeveer 10% smectiet Evalueren door atterbergse grenswaarden: bepalen bij toenemende vochtgehlten wanner de overgang van bijna vast bodem, eerst naar een kneedbare en vervolgens naar een bijna vloeibare toestand overgaat Bovenste plasticiteitgrens (vloeigrens): vochtgehalte op de grens tussen de halfvloeibare en de plastische toestand. In het labo: Vloeigrens wanneer een groeve van bepaalde afmetingen die in de grondpaste getrokken werd, over een lengte van 1 cm weer toegevloeid is, nadat het potje met de betreffende grondpaste 25 gestandardiseerde klopjes heeft ontvangen Onderste plasticiteitgrens (rolgrens): Vochtgehalte op de grens tussen de plastische en half-vaste toestand De rolgrens of bewerkingsgrens is bereikt bij dit vochtgehalte, waarbij een gerolde grondsigaret van 3mm∅, verkruimelt bij het verder rollen met de hand over een glazen plaat Plasticiteitsgetal: ingevoerd door Casagrande → het verschil in vochtgehalte tussen vloei- en rolgrens 20à30% vocht: grond is zeer plastisch 10à20% vocht: grond is plastisch <10% vocht: grond is weinig plastisch OPM: onderste plasticiteitsgrens: “structuurvormend gehalte” → vochtgehalte waarbij de bodembewerkingen gunstige invloed hebben op structuurverbetering (kruimelvorming): Zware gronden: optimaal vochtgehalte voor het ploegen is 60 tot 90% van het vochtgehalte bij veldcapaciteit Zandgronden: mogen bij veldcapaciteit geploegd worden Hoe beter de bodemstructuur is, des te hoger het optimaal watergehalte voor de bodembewerkingen zijn
Aggregaaatstabiliteit
Micro-aggregaten: ∅ < O,25mm → stabiliteit is afhv: klei en humus complex dat verzadigd is aan Ca++ionen Macro-aggregaten: 0,25mm < ∅ < 10mm → vorming is afhv klimaat, plantengroei, bodemfauna en de mens door uitdroging , vorst en bodembewerkingen. Druk is bij al deze factoren een het voornaamste onderdeel →verhoogd de cohesie vd kleideeltjes Kluiten: samengestelde aggregaten met een ∅>10mm Uiteenvallen van bodemaggregaten: Dit kan door neerslag → impact vd regendruppels (afh. van ∅vd druppel, intensiteit en/of duur vd neerslag) Oiv bodemvochtigheid Bodem vochtig en regenwater blijft tijdig in bodem infiltreren → schade miniem Regenintensiteit > infiltratiesnelheid → plassen → bodem raak oververzadigd → uiteenvallen vd macroaggregaten Op helling: oppervlakkig waterafvoer (run-off) → grotere kluiten vallen uiteen in grover en fijner materiaal → bij uitdroging ontstaat een korst. Om dit tegen te gaan is een groenbemester zeer belangrijk ! Luchtexplosie Wat? Uiteenvallen van droge aggregaten door binnendringen van water in de microporien gedurende een intense regenbui ⇒ luchtdruk groter dan bindende krachten in aggregaten ⇒ uiteenspatten Waterstabiele aggregaten: droge aggregaten die in water niet uiteenvallen OPM: chemische analyse vertelt ons dat stabiele aggregaten een hoger aandeel aan OM bezitten dan onstabiele aggregaten die in water uiteenvallen
Percolatie = infiltratie Algemeen Wat? Percolatie is de verticale beweging van water veroorzaakt door de zwaartekracht in een bodem die meer water bevat dan bij zijn veldcapaciteit Belang van percolatie? Sterke invloed op de scheikundige bodemeigenschappen → onderzoek van drainagewater in lysimeters In begroeide lysimeters kan eveneens de aangepaste pot. Evapotranspiratie gemeten worden. Dit is de hoeveelheid water die een bodem onder een bepaalde vegetatie kan verdampen in dien de watervoorziening optimaal is. De potentiële evapotranspiratie = neerslag + beregening - drainage Water-verzadigde permeabiliteit? De snelheid van de waterbeweging zowel horizontal als verticaal in een volledig water verzadigde bodem
Stijn Vandelanotte
-33-
Bodemkunde: theorie Bepaling vd infiltratiesnelheid volgens de infiltrometer-methode Dubbele ring infiltrometer Bouw: 2 stalen cilinders van 25cm hoogte tot een diepte van 10cm in de grond gedrukt, waarna in het uitstekende gedeelte water wordt gegoten Debiet vh in de bodem infiltrerend water wordt gemeten in de binnenste cilinder D = Q/T (debiet, kwantiteit, tijd)
Beoordeling naar irrigatie Kennis vd infiltratiesnelheid is belangrijk voor: Bepaling vd irrigatiemethode van bodems onder droge klimaten Afleiding van neerslagintensiteiten die runn-off en verslemping veroorzaken Volgende klassen naar irrigatie toe Zeer traag 0,1cm/h niet irrigeer baar Traag 0,1 – 0,5 cm/h Matig traag 0,5 – 2cm /h optimaal van 0,7 tot 3,5cm/h Matig 2-6cm/h voor oppervlakte bevloeiing Matig snel 6 – 12,5 cm/h Snel: 12,5 – 25cm/h >12,5cm/h: sprinkler irrigatie Zeer snel: >25cm/h
Stijn Vandelanotte
-34-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 11: Water in de bodem Belang van het water in de bodem Opname door wortels, afgifte door blad (transpiratie) en bodem (evaporatie) Controle mechanismen Abiotische factoren: klimaatsfactoren Biotische factoren: blad T, opening vd stomata, aantal stomata Rol van water in de plant Bouwstof / grondstof Koelvloeistof Transport middel Belangrijk voor stevigheid en elasticiteit vd plant Voorkomen van water in de plant Metabolisch water → gebruikt bij de assimilatie tot glucose en de dissimilatie van glucose Structureel gebonden water Cappilair verbonden water Celsap Belang van water in de bodem Totaal uitgedroogde bodem = tijdelijk dode bodem Totaal verzadigde bodem = tijdelijk dode bodem Bij verdamping van bodemwater (transpiratie) → water verbruikt warmte , maw is water een warmteregelaar vd bodem en belet dat de bodem T te hoog oploopt Natte bodem = koude bodem → trage opwarming Droge bodem = warme bodem Water beïnvloed sterk de bodemstructuur Droge zandgrond → verstuiving Droge klei → heel hard Oververzadiging: verslemping Bij optimaal vochtgehalte: luchtige en stabiele structuur
Water in het bodemprofiel Grondwatertafel: nagenoeg horizontaal in de bodem Grondwaterzone: gedeelte vd bodem onder de grondwatertafel → alle openingen, porien zijn gevuld met water → er is geen lucht meer afwezig en bijgevolg sterven de wortels af Capillaire zone: uit de grondwatertafel stijgt water omhoog in openingen door fijne kanaaltjes die onderling verbonden zijn → gevolg van capillaire kracht: hoogte vd capillaire zone en de snelheid vh opstijgen is afhankelijk vd grote en het aantal porien wat op zijn beurt afhankelijk is vd grondsoort Gesloten capillaire zone: nabij de grondwatertafel → veel water → grootste porienen en holtes zijn gevuld → meeste wortels sterven ook nog altijd af Open capillaire zone: bevat meer lucht, alleen in nauwste capillairen water → hier kunnen de wortels in leven Hangwater zone: gedeelte boven de capillaire zone → bevat water dat tijdens het doorsijpelen blijft hangen in de fijnste capillairen en porien of blijft kleven aan de colloïden (klei en humus) → de hoeveelheid hangwater is afhankelijk vd grondsoort , zo kan zand weinig ophouden, leem veel
Binding of retentie van water in de bodem Waar komt het water in de bodem voor? In en rond de vaste bodemdeeltjes: zwel en adhesie water → sterk in de grond gebonden Zwelwater: water in de vaste bodemdeeltjes (klei en humus) zeer sterk gebonden Adhesiewater: water als huidje rond de bodemdeeltjes → zeer sterk gebonden Gebonden aan de in de grond aanwezige zouten Zouten trekken water aan door osmose → minder water voor het gewas beschikbaar → in extreme gevallen kan zelfs vocht uit de wortelcellen onttrokken worden In fijne porien en gangetjes vd grond Dit omvat vooral het capillair gebonden water → niet al het water in de capillairen is beschikbaar voor de planten In grotere holten en gangen → niet gebonden of vrij water → lopen leeg door de zwaartekracht wanneer deze groter is dan de zuigkracht → drainage water Begrippen Verzadigd → wanneer alle gangen, gangetjes, holten en porien gevuld zijn met water en wegzakt naar de GWT Veldcapaciteit → het moment dat geen water meer uit de grond zakt Verwelkingspunt → wanneer er enkel maar capillair water is overgebleven en de planten dus water tekort en Beschikbaar water → de hoeveelheid water bij veldcapaciteit – het water dat overblijft bij het verwelkingspunt
Stijn Vandelanotte
-35-
Bodemkunde: theorie Energietoestand van het water in de bodem De waterpotentiaal De waterpotentiaal ϕ = maatgetal die de energetische toestand vh water uitdrukt Het is de arbeid die nodig is per volume eenheid zuiver water om oneindig kleine hoeveelheid watermoleculen over te brengen vd referentie naar een bepaalde plaats in de bodem Deelcomponenten van ϕ Matrixpotentiaal ϕm : resultaat van bindende krachtwerking tussen de watermoleculen en de bodemmatrix (colloïden, porien, holten) ϕm steeds negatief Osmotische potentiaal: ϕπ : worden 2 oplossingen met verschillende concentraties van elkaar gescheiden door een semi-permeabel membraan, wat doorlaatbaar is voor watermoleculen maar niet voor grotere ionen vd opgeloste stoffen, dan treedt er spontane waterdiffusie op naar de oplossing met de hoogste concentratie. Deze potentiaal is negatief aangezien er tov zuiver water steeds zuigkrachten zullen optreden Formule: ϕπ = (-n/V ) RT Drukpotentiaal ϕp : drukkrachten die op watermoleculen inwerken → deze verhogen het vermogen tot het lever van een arbeid → ϕ ↑ Oorzaken van drukpotentiaal? Door hydrostatische druk of verschil in luchtdruk tussen bodem en atmosfeer Opm: in onverzadigde bodems bestaat er geen ϕp Gravitatiepotentiaal ϕg : bepaald door de hoogte verschillen tussen bodemwater en referentieniveau. Indien het bodemoppervlak als referentieniveau wordt aanschouwd: gravitatie potentiaal is op alle diepte negatief Meestal verwaarloosbaar Totale waterpotentiaal Formule: ϕ = ϕπ + ϕm + ϕp + ϕg De hydraulische waterpotentiaal ϕh = ϕm + ϕp + ϕg ϕh veroorzaakt een waterbeweging in de bodem In natuurlijke bodems: grotendeels matrixcomponent, osmotische compenent is eerder laag door de lage concentratie aan opgeloste stoffen in bodemwater.
Het begrip pF: vocht of zuigspanning Wat? Uitdrukking van zuigkrachten → andere methode om waterpotentialen uit te drukken Het is de teindelige logaritme vd hoogte vd waterzuil pF : log10 drukhoogte (cm water) bv voor een hoogte van 100cm water → pF = 2 aangezien pF een logaritmische functie is is een zuigspanning van 0 niet exact weer te geven op de pF schaal conventioneel heeft men aangenomen dat 1cm drukhoogte overeen stemt met pF = 0 Vochtkarakteristiek of waterretentiecurve: verband tussen de drukhoogte en het vochtgehalte Afhankelijk vd grondsoort
Totale poriënvolume Wat? Zie ook vorig hoofdstuk Totale waterverzadiging → wanneer het volledige porien volume ook gevuld wordt met water ⇒ grond is waterverzadigd, alle gangen en holten, zowel kleine als grote zijn gevuld met water Voorkomen? In grondwaterzone en in de bovengrond onmiddellijk na langdurige en intense regenval pF = 0 → geen zuigkracht
Veldcapaciteit max. watergehalte in de bodem na vrije drainage van overtollige water oiv de zwaartekracht voorkomen? In bodemhorizont 1 à 2 dagen na overvloedige regen In België komt dit vooral voor in het begin vd lente → overtollige water vd regens gedurende winter zijn weggedraineerd Grond op veldcapaciteit: kan nog water verliezen → gewassen nemen met hun wortels een deel vh fijne porien en gangetjes gebonden water op Zuigkracht vd planten > kracht waarmee het water in de capillairen is gebonden Zuigkracht vd planten is verschillend en afhankelijk vd plantensoort Bv: erwten en bonen hebben lage zuigkracht, zonnebloemen en gerst hebben zeer grote zuigkracht
Stijn Vandelanotte
-36-
Bodemkunde: theorie Op het veld!! Capillaire zuigkracht bij VC meten met tensiometer (op bepaalde diepte in bodem) Tensiometer: poreuze pot , gevuld met zuiver water, via buis verbonden met manometer of druksensoren Water via zeer fijne porien in potwand in verbinding met vocht in de bodem Keramische cup poreus → waterbeweging en bodemporien → er ontstaat een drukevenwicht tussen water in de buis en het water in de bodem → aflezen via manometer of datalogger Gebruik van tensiometer gelimiteerd tot max. zuigspanning van ongeveer 8m In praktijk zuigkracht bij VC doorgaans lager dan theoretisch vooropgesteld pF waarden van 2 en 2,5 OPM: om de verticale vochtbeweging te controleren is het nodig om tensiometers op verschillende diepte in en onder de wortelzone te installeren Poriëngrootte bij VC De max. diameter vd porien welke, na het aanleggen v/e bepaalde zuigspanning, nog gevuld blijven kan men berekenen uit de wet van Jurin: R = straal in mm, vd porien met water Formule: r = 2 T / h d g T = oppervlaktespanning vh water Poriengrens waarbij de capillaire zuigkracht in evenwicht is met de zwaartekracht bij H = capillaire stijghoogte VC is voor de meeste gronden ± 10µm D = dichtheid vh water Grotere porien/drainage porien / macroporiën ⇒ >10µm G = versnellings vd zwaartekracht 2T/dg = constante gelijk aan 14,8 mm² Kleinere porien/microporien/ waterbergingsporien ⇒ <10µm Besluit: VC waarde iz zeer belangrijk als bodem fysisch kenmerk: het is een maat vd waterreserve die de bodem kan opslaan
Verwelkingspunt VP Wat? Water in en rond gronddeeltjes & fijnste porien zijn zeer sterk gebonden ⇒ kunnen niet worden opgenomen worden door de gewassen ⇒ gewassen verwelken wanneer er geen ander water meer beschikbaar is Kan gedefinieerd worden als het watergehalte vd bodem waarbij de bladeren van zonnebloemplanten permanent verwelken → ze kunnen de normale turgordruk niet meer herstellen nadat ze in een met waterverzadigde omgeving zijn geplaatst Bij welke zuigkracht? VP is watergehalte vd bodem -15bar waterpotentiaal (pF = 4,2 of 15000cm water) Porien bij VP: 0,2 µm → niet nuttige waterberingsporien (OP) ⇒ porien <0,2µm Nuttige waterbergingsporien (WP): porien met ∅ tussen 10 en 0,2 µm Bevatten bij VC de max. hoeveelheid water beschikbaar voor opname door plantenwortels Niet nuttige waterbergingsporien (OP): porien met ∅ < 0,2µm Bevatten water die niet opneembaar is voor plantenwortels → niet nuttig water Drainage porien (DP): porien met ∅ > 10µm Bevatten water dat wegstroomt oiv vd zwaartekracht naar de GWT
Beschikbaarwatergehalte (Wb) Wat? Hoeveelheid water VC verminderd met de hoeveelheid water bij VP → maw: de hoeveelheid vocht die een plant max. uit de grond kan opnemen Formule: Wb = VC – VP = TAWC Water weerhouden tussen VC en VP niet even gemakkelijk opneembaar door plant Voor meest gewassen tot pF waarde <= 3 even gemakkelijk opneembaar Vuistregel: 50-66% van Wb gemakkelijk opneembaar → zie ook irrigatieschema’s Nuttige regencapaciteit (R) Beschikbaarwater of Wb = VC – VP = TAWC Nuttige waterbergingscapaciteit of nuttige regencapaciteit R Formule: R = (VC-VP) x d (vol%) VC en VP: vol% H2O bij veldcapaciteit en verwelkingspunt d: dikte vd beschouwde bodem uitgedrukt in dm Vol% H2O = gew% H2O x ssg Gevolg: R = d . ssg. (VC-VP) (gew%)
pF-curve (waterretentie-, vochtspanning- of zuigspanningscurve) Algemeen: geeft het verband weer tussen de zuigspanning en het vochtgehalte vd grond Y-as: zuigspanning → uitzetten in bar, cm H2O, atm, Mpa of pF (log. Zuigspanning in cm H2O) X-as: vochtgehalte in vol% aan water
Stijn Vandelanotte
-37-
Bodemkunde: theorie Welke pF waarden worden normaal uitgezet? 0 → waterverzadigde bodem 2 → watergehalte bij VC voor lichtere gronden 2,5 → watergehalte bij VC voor zwaardere gronden 4,2 → watergehalte bij VP 4,7 → watergehalte bij luchtdroge grond 7 → watergehalte ovendroge grond (gedroogd bij 105°C) Vochtgehalte meten in labo bij bepaalde zuigspanning In zandbak voor pF waarden van 0 – 2 In zand/kaolienbak met vacuumpomp voor pF waarden van 2 – 2,7 In membraanpers voor pF waarden > 2,7
Parameters vd pF curve Totaalporienvolume TPV: snijpunt vd curve met de absis → bij pF =0 (drukhoogte = 1cm H2O) nagenoeg alle porien en holten vd grond met water gevuld Vochtgehalten bij veldcapaciteit (pF = 2 of 2,5) en bij verwelkingspunt (pF = 4,2) en hieruit door verschil de hoeveelheid beschikbaar water Wb Vol% lucht bij een bepaald vochtgehalte = TPV – vol% H2O Vol % vaste bestanddelen = 100 – TPV Waterbergingsvermogen van de bodem db: vol% H2O nodig om deel van grond, met gegeven wateinhoud, inverzadigde toestand te brengen Db = (TPV-vol% H2O) . d (met d = dikte vd grondlaag Db = vol% lucht . d Totaal nuttig waterbergingsvermogen of nuttige regencapaciteit R (mm neerslag) R = (VC – VP) . d Grootte verdeling vd porien: meer horizontaal verlopend deel vd pF curve (bv zandgrond) → bij geringe toename van pF veel water uit de bodem → grond bevat dus veel porien bij deze zuigspanning Eenheden vd pF curve Relatie gew% en vol% : vol% H2O = gew% H2O . ssg vd bodem Gew% = massa water / massa ovendroge grond 1mm water = 1L/m² 1 vol% water = 1 mm³/100mm³ grond 1 vol% water = 1 L /m² . 100mm grond = 1 L / m². 10cm grond
Nuttige waterreserve en evapotranspiratie Onder vochtig gematigde klimaten: bodem na de winter steeds op VC De algemene vergelijking voor de nuttige regencapaciteit in de bodem is R = d . ssg. (VC-VP) (d = diepte vd beworteling in dm) Volgende klassen en interpretaties > 200mm: zeer grote vochtreserve, nooit problemen voor gewas 150-200: vrij grote vochtreserve, 1 x per 5 jaar problemen 100-150: matige vochtreserve, 1 x per 2 jaar problemen 50 -100: vrij geringe vochtreserve, 1 x per 2 jaar uitdroging en droogtestress <50mm: zeer geringe vocht reserve; beregening is hier zeker noodzakelijk De rest vh hoofdstuk gewoon eens lezen !
Hoofdstuk 11: Bodemlucht Ook gewoon eens lezen. Je moet enkel weten dat het lucht volume = TPV – vol% H2O
Stijn Vandelanotte
-38-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 12: Bodemkartering en bodemclassificatie in Belgie Bodemlegende van de bodemkaart 1/20000 Onderstaande legende is van toepassing voor het ganse grond gebied, met uitzondering vd kustvlakte (zie HS 7) De basiseenheid vd Belgische bodemkaar is de bodemserie → deze wordt bepaald door 3 factoren Letter 1: hoofdletter → slaat op de textuurklasse vh moedermateriaal. Hiervoor wordt de textuur vd oppervlakte horizont (0-20cm) genomen 1e kleine letter → bepaald drainageklasse 2e kleine letter → duid de opeenvolging van de horizonten, de zgn profielontwikkeling , aan Voorbeelden Aba: droge (niet gleyige) leemgronden met textuur B horizont Lhc: sterk gleyige (maar tijdelijk waterstand) zandleemgronden met sterk gevlekte textuur B horizont
De aard van het moedermateriaal: textuurklassen Dit is al volledig gezien in hoofdstuk 10: nog kleine herhaling Mineralogische samenstelling Grind fractie → inactief in bodem Zand fractie → inactief in bodem Leem en klei fractie → actief in bodem Men onderscheid voor gronden op losse materialen waarvan de grindfractie < 15% Z: zand S: lemig zand P: lichte zandleem L: zandleem A: leem E: klei U: zware klei OPM: soms gebeurt het dat bij de kartering textureel heel verschillend materiaal voorkomt op heel kort afstand en geheel willekeurig zodat de textuur niet met zekerheid kan afgeleid of bepaald worden. Voor dergelijke gevallen worden textuurcomplexen voorzien. Het textuursymbool bestaat dan uit het symbool vd zwaarste en lichtste textuur. Met eventueel een tussen vorm. Bv G-A, E-L-Z
Drainageklassen Opm: vlekken komen door oxido-reductie Vrije grondwatertafel: permanente reductiehorizont Stuwwatertafel: bv op ondoorlatende kleilaag (III) De bovenste laag zonder gleyverschijnselen De middelste laag met roestvlekken De kleiige ondergrond die niet gereduceerd is Bodems heel nat in winter en heel droog in zomer Roestvlekken niet altijd indicatief voor drainage klasse. Waarom niet? Roestvlekken zijn fossiel en dateren van vochttoestanden uit een ver verleden Drainage is door allerlei ingrepen vd mens veranderd: vele bodems, aangegeven als slecht gedraineerd op bodemkaarten, momenteel een meer gunstige drainage door verlaging vd grond watertafel Ruilverkavelingen Reductie- en roestverschijnselen ontbreken soms in natte gronden, omdat Fe-gehalte vh moedermateriaal te lag is Geen reductie door bv te veel zuurstof in het grondwater of afwezigheid van OM
Stijn Vandelanotte
-39-
Bodemkunde: theorie De profielontwikkeling → enkel kunnen toepassen ..a : textuur-B-horizont ..b : verwerings-B-horizont (struktuur-B- of kleur-B-horizont) ..c : verbrokkelde textuur-B-horizont ..d : roodbruine textuur-B-horizont ..e : diepe donker humus-A-horizont ..f : zwakke humus- of/en ijzer-B-horizont ..g : duidelijke humus- of/en ijzer-B-horizont ..h : verbrokkelde humus- of/en ijzer-B-horizont ..m : dikke, antropogene humus-A-horizont ..p : zonder B-horizont ..x : weinig duidelijke of moeilijk te determineren profielontwikkeling
Het substraat Wanneer? Als binnen het bodemprofiel (<120cm diepte) een substraat voorkomt, dat lithologisch verschil van de bovenliggende lagen Aanduiding gebeurt met een kleine letter voor de hoofdletter s... zandsubstraat (voor textuurklassen Z, S en eventueel P) l... leemsubstraat (voor textuurklassen A, L en eventueel P) u ... kleisubstraat (voor textuurklassen E en U) g... grint- of stenig substraat (textuurklassen I en G) k... kalksteensubstraat f... leisteensubstraat r... leisteen-zandsteensubstraat n... krijtsubstraat Indien stenige bijmengen >15% (G): een kleine letter achter het symbool toevoegen met aard vh gesteente G..k kalksteen G..f leisteen G..r leisteen-zandsteen G..q zandsteen G..p psammiet G..x silexiet G..n krijt G..t grint Als fase kan bovendien nog voor de stenig-leemgronden (G) een cijfer in laatste positie toegevoegd worden, deze geeft de dikte en de stenigheid vd oppervlakte laag weer. Dit is een bepalende factor voor de machinale bewerking vh land. Volgende onderverdeling wordt gehanteerd G…1: diepe of matig diepe fase → oppervlakte laag > 80cm dik G…2: ondiepe fase: → oppervlakte laag tussen 40 en 80cm dik G…3: ondiepe zeer stenige fase → oppervlakte laag tussen 40 en 80cm dik, maar met >50% gesteente fractie G…4: oppervlakkige fase → oppervlakte laag tussen 20 en 40cm dik G…5: oppervlakkige zeer stenige fase → oppervlakte laag tussen 20 en 40cm dik, maar met >50% gesteente G…6: zeer oppervlakkige fase →oppervlakte laag <20cm dik
De bodemlegende van de kustvlakte op 1/20000 Hier wordt rekening gehouden met geomorfologische en lithostratigrafische criteria. De bodems in de kustvlakte vertonen geen profielontwikkeling
Opbouw vd kustvlakte Het ontstaan is voornamelijk een gevolg vd post-glaciaire stijgingen van het zeeniveau en van de transgressies die er het gevolg van zijn. Het substraat uit Pleistoceen zand of zandleem, dat zelf rust op Tertaire klei of zand. De kwartairgeologische opbouw vd Polderstreek.
Stijn Vandelanotte
-40-
Bodemkunde: theorie Karteringseenheden Algemeen: de karteringseenheden in de Kustvlakte grotendeels geïnspireerd op de bouw vh gebied en de geomorfologische eenheden Duinstreek A: hoge duinen B: duingronden C: geëgaliseerde duingronden D: overgansgronden Polderstreek – Oudland A: Kreekruggronden (vnl Kleiig zandgronden) B: poelgronden; kleigronden met veensubstraat C: oude kleiplaatgronden: kleigronden, substraat duinkerken I-klei W: overdekte waddengronden: kleigronden, substraat Afzetting van Calais Middelland D: overdekte kreekruggronden, Als A van het oudland, overdekt met Duinkerken III-klei E: dekkleigronden: gronden met homogeen Duinkerken III-kleidek tot > 100 cmdiepte F: overdekte poelgronden: overeenstemmend met de B-gronden van het Oudland overdekt met Duinkerken III-klei G: geulgronden Dl en Dk: overdekte kreekruggronden met storende laag op geringe diepte, overeenstemmend met de Agronden van het Oudland, overdekt met lichtere Duinkerken III-sedimenten Fl en Fk: overdekte poelgronden met storende laag op geringe diepte, overeenstemmend met de B-gronden van het Oudland, overdekt met lichtere Duinkerken III-sedimenten Nieuwland A: strandruggronden: met relatief lichte structuur B: schorgronden; met relatief zware structuur C: geulgronden Overdekt-Pleistocene gronden P: gronden met Pleistoceen substraat op < 130cm diepte Kunstmatige gronden (eigen aan de Polderstreek) OO: overslaggronden OU: uitgeveende gronden M: gronden vd Lage moere
Stijn Vandelanotte
-41-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 14: Bodemerosie Inleiding Wat? Proces waarbij bodemdeeltjes losgemaakt en verplaatst worden door water, ijs, wind of bodembewerking Types? Geologische bodemerosie: alle natuurlijke erosieprocessen die samenhangen met de vorming van landschappen Rivierwerking, gletsjers Antropogene bodemerosie: door de mens versnelde erosie Bv: land ontginnen voor landbouw → natuurlijke vegetatie is weg → regen en wind krijgen een directe vat op de bodem Bv: erosie door grondbewerking, waarbij bodemmateriaal op hellingen langzaam naar beneden getrokken wordt Bv: erosie door de oogst van wortelgewassen, waarbij wortelmateriaal gehecht aan het gewas wordt meegenomen en afgevoerd Waar? Grote gebieden in Noordwest- Europa is sterk onderhevig aan bodemerosie Vooral in heuvelachtige gebieden met zandlemige tot lemige bodem waar aan intensieve landbouw wordt gedaan In vlaanderen: vooral in de hellende leem- en zandleemgebieden van Midden België: de vlaamse ardennen, pajottenland, het hageland en haspengouw Voor >60% van vlaanderen: bodemerosie verwaarloosbaar
Erosie door water Beinvloedende factoren Neerslag: hevige en/of langdurige → bodemerosie Reliëf: in vlakke gebieden bijna nooit watererosie → hellingsgraad ↑ en hellingslengte ↑ ⇒ risico op erosie ↑ Bodemtype: zandleem- en leemgronden zijn de meest erosiegevoelige gronden Bodemstructuur: wanneer goede bodemstructuur → hogere waterinfiltratie → bodemdeeltjes minder gemakkelijk losgemaakt en verplaatst Gehalte aan OM: gehalte aan OM ↑ ⇒ bodemstructuur ↑ ⇒ erosie ↓ Vegetatie: Dichte en permanente begroeiing (bos, grasland) → weinig erosie Het gewas, mulchlaag, … → breking vd kracht vd vallende regendruppels + reductie vd afstroomsnelheid Bedekkingsgraad! Zodevormende gewassen (grassen) zijn beter dan rijgewassen (mais) Ontbossing, intensieve landbouw → beschermende laag valt weg → problematische bodemerosie Cultuur- en bodembeheersmaatregelen Bedrijfscontouring, strokenbouw of mengteelt: terrasseren
Verlies van bodem door erosie Het verlies is afhankelijk van? Bodemeigenschappen: textuur, structuur, organisch materiaal % Klimaat: neerslag, windsterkte Vegetatie bedekking Landbouwkundige praktijken: manier van ploegen Bodemerosie door water: vooral in streken met vochtig klimaat Bodemerosie door wind: vooral in streken met weinig neerslag
Bepalende bodemeigenschappen Infiltratiesnelheid: vermogen om water in de bodem op te nemen Het water zal door de porien, tussen de aggregaten, de bodem indringen Bij verslemping: bodem wordt erg ondoorlatend voor water en wortels ⇒ slechtere infiltratie Waterbergingscapaciteit: Bij pF = 0 → volledige verzadiging → hoeveelheid water die de bodem kan stokkeren Als bodem verzadigd is: extra toegevoegd water zal afstromen Doorlaatbaarheid: vermogen om het teveel aan water efficiënt af te voeren Goed gedraineerde grond → niet zo vlug verzadigd → run-off begint pas later op te treden Bodemerosiekwetsbaarheid of erodibiliteit: Het gemak waarmee de bodemdeeltjes kunnen losgemaakt worden vh oppervlak
Stijn Vandelanotte
-42-
Bodemkunde: theorie Vormen van watererosie Spaterosie 2 stappen → losmaken van bodemdeeltjes en transport van deze deeltjes Losmaken door inslaande regendruppels die kunnen opspatten tot 0,6m hoog Erosiekracht ia afhankelijk van Massa, afmeting, groote richting, eindsnelheid en intensiteit vd regendruppels Formule: G : k . D . V ^1,4 G = massa vh opspattende deeltje, k = cte afhankelijk vd bodemgesteldheid, D = ∅, V = impactsnelheid Gevolgen Vernietigd kruimelstructuur Bodemporositeit ↓ Bodempermeabiliteit ↓ → bodemlucht ↓ Verplaatsing vd bodemdeeltjes hellingafwaarts Uitloging vd klei- en humus deeltjes Uitloging van plantenvoedende bestanddelen Korstvorming aan het oppvlakte → activeert verdere erosie = run off erosie Run off erosie Transport van water en sediment langs een helling, zonder tussenkomst van rivieren Wanneer? Als de neerslag > infiltratiecapaciteit vd bodem Gevolg: bodemverzadiging ⇒ water gaat stromen Types: Sheet (of interril of intergeul) erosie Matige hoeveelheden water, lage snelheid , gelijkmatige verdeling over het oppervlakte ⇒moeilijk te observeren Enkel wanneer op het oppervlak niet-erodeerbare elementen aanwezig zijn wordt intergeulerosie zichtbaar door de vorming van kleine aardzuiltjes onder de beschermende elementen Geulerosie: door accumulatie van water op bepaalde plaatsen ontstaant geulen Rill erosie: wanneer geulen nog weg te werken zijn door te ploegen (20-30cm diep) Gully erosie: grote geulen, en niet meer weg te werken door ploegen, soms kunnen deze meerdere meters diep zijn wat kan leiden tot ravijnvorming Badlands: heel dicht netwerk van gullies: overgang naar een fluviatiel, versneden landschap ♦ Opm: leemgronden zijn heel gevoelig voor geulerosie
Wanneer en hoeveel erosie? Op hellende terreinen: erosiebedragen varieren van 1 tot 10 ton/ha . jaar In extreme gevallen zelfs tot 100ton/ha.jaar Wanneer problematisch? Als het meer is dan 10ton/ha.jaar → reliefverlaging van 0,6-1mm/jaar
Gevolgen Korte termijn
Lokale effecten Opbrengst verlies door wegspelen en/of begraven van zaaigoed, meststoffen en bestrijdingsmiddelen. Problemen bij bewerken vd akkers
Lange termijn
Vermindering vd bodemkwaliteit Vernietiging vd archeologisch erfgoed
Kwantificatie door USLE = Universal soil loss equition
Formule: A = R.K.L.S.C.P …met: A: gemiddelde jaarlijks verlies aan bodemmateriaal R: neerslagfactor: regenhoeveelheid en – intensiteit K: erodeerbaarheid voor bodem L: hellingslengte factor S: hellingssteilte factor C: vegetatie factor P: beheersfactor
Dit is niet belangrijk !!!!!
Stijn Vandelanotte
-43-
Stroomafwaartse effecten Vervuiling vd waterlopen door sediment en de hieraan verbonden nutrienten en residu’s vd bestrijdingsmiddelen Overstroming van straten, gebouwen door moddierig water Dichtslibben van wachtbekkens, waterlopen, en riolering ⇒ grote hoeveelheiden ruimingsspecie Schade aan de waterzuiveringsinfrastructuur Bijdrage tot eutrofiering van oppervlakte water Toepassingen van USLE ~ afgeleid van erosiemetingen op standaardproefperken en is ~ wereldwijd toegepast ~ geeft enkel idee over spat en intergeulerosie, maar is niet bruikbaar voor geulerosie ~ praktische toepassingsmogelijkheden voorspellen vd bodemverliezen onder bepaald bodemverbruik bepalen van aanvaardbare bodemverlies opstellen vd bodemerosiegevoeligheidskaarten leidraad voor het opstellen van bodembeschermingsen erosiebestrijdingsmaatregelen
Bodemkunde: theorie Watererosiebestrijdingstechnieken / preventie (enkel tot voorbeelden is belangrijk, de rest is informatie rechtstreeks van ppt maar niet zo belangrijk erosie kan nooit volledig vermeden worden. De erosie bestrijding is erop gericht de erosie tegen te gaan die veroorzaakt wordt door menselijke invloeden welke de natuurlijke erosie versnellen uitgaande vd factoren die erosie bepalen, baseert erosiebestrijding zich op bedekt houden van de bodem en deze beschermen tegen de kracht van de vallend regendruppels (perceel), bv. door natuurlijke vegetatie, dicht gewas,mulch, enz… het verminderen van de snelheid van het afstromende water (perceel), door bv. contourploegen, terrassering het gecontroleerd afvoeren van neerslagoverschotten (verschillende niveau’s), door mechanische ingrepen in de vorm van sloten, greppels, enz... Voorbeelden verhogen vh gehalte aan organisch materiaal bodembedekking door ‘mulch’ – oogresten, groenbemester verhogen van biologisch leven (wormen) verhogen vh gehalte OM min. bodembewerking bodem zo kort mogelijk braak laten liggen: ploegen voor planten, bv niet voor winter strip cropping: smalle percelen met verschillende gewassen, percelen volgens hoogtelijnen ploegen volgens de hoogtelijnen verminderen vd hellingsgraad en- lengte door bv terrassering Landbouwpraktijken Goed landbouwpraktijken → opbouw goede bodemstructuur Effecten van een goede bodemstructuur Stevige kruimelstructuur → weerstaat beter aan erosieve inslag van regendruppels → minder snel verslemping of korstvorming Neerslag kan beter en sneller infiltreren → minder afstroming van water Bodem met stevige kruimelstructuur → beter bestand tegen erosieve kracht van afstromend water, tegelijk wordt het afstromend water door het ruwe oppervlak geremd Hoe een goed bodemstructuur behouden en/of opbouwen Het organische stofgehalte verhogen door het inzaaien van groenbedekkers na de oogst of het inwerken van voldoende OM zoals stroo, stalmest Bodem pH optimaliseren door bekalking Ontwikkeling van bodemfauna (bv regenwormen) en bodemflora reguleren Compacteren van bodem voorkomen Bv: machines met wielen met breed draagvlak en lage bandenspanning en bewerken in droge omstandigheden Andere goede landbouwpraktijken Fijnheid vh zaaibed aanpassen aan de algemene weersomstandigheden en aan het zaaitijdstip Trekkersporen wissen door een ganzevoet achter de wielen Op sterke hellingsgronden ruggenteelt proberen te vermijden Geen monoculturen op sterke hellingsgronden Halveren vd hellingslengte van sterke hellingsgronden door splitsing in 2 percelen met winter en zomerteelt Geschikte teeltrotatie Wormgangen → verhogen de porositeit en infiltratie van regenwater, de verluchting vh wortelstelsel en het waterbergend vermogen Regenwormen → verteren zowel minerale bodemdeeltjes als OM en dragen zo in sterke mate bij tot de vorming van een goede kruimelstrucuut
Stijn Vandelanotte
-44-
Bodemkunde: theorie Wat? Min. bodembewerking: Vegetatieresten van tussenteelt (groenbedekker) of laatste oogst zoveel mogelijk aan de oppervlakte bewaard Verschillende vormen van min. bodembewerking: van ‘niet kerende’ ploegbewerking tot volledig achterwege laten van ploegen → directe inzaai Op lange termijn: betere bodemstructuur → grotere infiltratie Enkel effectief wanneer jaar na jaar toegepast wordt op hetzelfde perceel Mulching en groenbedekker Gewas ingezaaid om bodem optimaal bedekt te houden Courante bodembedekkers zijn: Grassen (Engels raaigras) Koolzaad, gele mosterd Klavers, lupinen wanneer inzaaien? Na de oogst vh zomergewas → bodem is zo de winter ook bedekt wenselijk om bodem ook in zomer, tijdens de hoofdteelt max. bedekt te houden door ondervrucht of dekvrucht onder/tussen de hoofdteelt aan te brengen mulchzaaien: hoofdgewas uitzaaien op perceel bedekt met plantenresten van vorige teelt of van groenbedekker onderzaaien: groenbedekking in de hoofdteelt inzaaien (gras inzaaien in jong mais) Ploegen na oogst Na oogst: akker vaak onbedekt, gecompacteerd en verslempt → grotere kans op erosie (vooral groot risico op geul en ravijn erosie Bij bodem ploegen na oogst Breken vd verslempte bodemlaag → infiltratie capaciteit ↑ en water afstroming ↓ Oppervlakte ruwheid ↑ → snelheid van afstromend water ↓ → hoeveelheid sediment getransporteerd ↓ Lineaire elementen en bufferstroken Houtkanten, heggen , bermen
Stijn Vandelanotte
Voordelen
Nadelen
De goede doorworteling verhoogt de samenhang vd toplaag Toename vh OM en het biologisch leven ⇒ bodemstructuur verbetert en gewasopbrengst verhoogd Verhoging vd infiltratiecapaciteit vd bodem, waardoor minder water afstroomt. De bodem verliezen worden daardoor sterk gereduceerd De gewasresten beschermen de bodem tegen de erosieve werking van vallende regendrupperls en afstromend water Lagere arbeids- en brandstofkost verbetering vd bodemstructuur: productie v. org. Stof en activering vh bodemleven doorworteling bescherming vd bodem tegen druppelinslag hogere oppervlakte ruwheid ⇒snelheid vh afstromende water ↓ ⇒ erosieve kracht ↓ opname van nitraten door groenbedekker, waardoor de kans op uitspoeling van stikstof in het najaar en in de winter vermindert onkruid krijgt minder ontwikkelingskansen in de snel ontwikkelde gesloten bodembedekking
Minder toepasbaar bij knolgewassen: deze vereisen een goede bodembewerking om misvormingen en splitsing van wortels tegen te gaan Enkel effectief indien op lange termijn toegepast Noodzaak aan slakken bestrijding Overschakeling naar aangepaste machines noodzakelijk
Toename vd oppervlakte ruwheid waardoor Meer water in de bodem kan dringen De snelheid vh stromend water daalt Regenwater wordt gestockeerd
Bijkomende bewerking vraagt tijd en geld Ploegen na oogst is enkel effectief wanneer de bodem redelijk droog is Deze maatregel heeft slechts 1 korte termijn effect en draagt niet bij tot de opbouw van een goede bodemstructuur op lange termijn
Afstromend water wordt geremd Infiltratie wordt verhoogd Meegevoerd sediment wordt opgevangen Weerstand van bermen en taluds tegen massatransport en erosie neemt toe door de wortelmat
Areaalverlies Bijkomende kost voor onderhoud Risico op verhoogde pijperosie door gravende dieren, afgestorven wortelsystemen
-45-
beperkte extra kosten zonder rendement op korte termijn zaaien van hoofdteelt met ondervrucht vergt aangepast machines late inzaai na late oogst van hoofdteelt in het najaar geeft minder goed resultaten omwillen van mestoverschot zijn vlinderbloemigen niet wenselijk in de gangbare landbouw, maar enkel in de biologische landbouw
Bodemkunde: theorie Stroomopwaarts capteren en Areaalverlies Aanleg van opvangsystemen Beletten van oppervlakkige afstroming stockeren van afstromend water Kostprijs en onderhoud van water beladen sediment Bufferend effect bij extreme Gevaar voor doorbraak bij Afstromend water infiltreerd en neerslag: aftopping piekdebieten in zeer extreme regens verdampt, sediment bezinkt de waterlopen stroomafwaarts Op regelmatige plaatsen aanleg van Opvang en sedimentatie van aarden dammen, overstromings of geerodeerde bodemdeeltjes binnen bezinkingszones éénzelfde perceel Op perceelsniveau (landbouwers) of per blok van percelen (gemeenten) Gebruik maken van bestaande topografie (bv ophogen van een weg die de vallei dwarst) Beworteling en de vegetatieve Areaalverlies Grasgangen bedekking zorgen voor een betere Waar? In natuurlijke drainage lijnen Moeilijk aan te leggen over (droge valleitjes, thalwegen) en percelen van verschillende structuur en samenhang vd bodem → wendakkers eigenaars deze is zodoende meer bestand tegen Hier? Risico op vormin van geultjes en Cultuurtechnisch niet evident de uitschurende kracht van water ravijnen het grootst (meestal niet aan de rand v/e Vermindering van snelheid en perceel Bescherming: bv door het aanleggen afstromend water →erosieve kracht van een grasgan of het dichter inzaaien Bijkomende kost voor aanleg vh water ↓ en afzetting van van gewassen in de thalweg en onderhoud meegevoerde bodemdeeltjes ↑ Resultaat: verankering vd bodem en Er mag niet bewerkt worden Toename vd infiltratie vermindering vd erosieve kracht v. parallel met de grasgang afstromende water verlagen (gevaar voor ontstaan van OPM: niet ploegen parallel met de nevengeulen grasgang! → nevengeulen kunnen ontstaan naast de grasgang, zodat het effect van de grasgang volledig verloren gaat. Ook geen grachten aanleggen parallel met de grasgang Toename vd infiltratiecapaciteit vd Areaal verlies Herbebossing en permanent weiland bodem en dus minder oppervlakkige ______________________ geul- en intergeulerosie: zeer sterk gereduceerd indien bodem voldoende afstroming Extra!!!! Betere fixatie en structuur vd bodem Waar voorzien? bedekt met vegetatie door beworteling bij gelijkmatige spreiding van de Bij voorkeur op sterk vegetatie (dus niet bij rijgewassen): Oppervlakte ruwheid bevordert de hellende percelen of op sedimentatie grondbedekking van 30% reduceert percelen die regelmatig met geul- en intergeulerosie al met 80% erosiefenomenen Interceptie → geen rechtstreekse t.o.v. onbedekte bodem geconfronteerd worden druppel inslag permanent bedekt houden van bodem Grasland kan overal (gras, meerjarige teelten of bos): dus ingezaaid worden efficiënte erosie bestrijdingstechniek Bos dient bij voorkeur strategische plaatsen: stroomopwaarts in bekken potentieel erosiegevoelige percelen aangelegd worden percelen stroomafwaarts van een Aanwezigheid van akkers hellend gebied waar bodemerosie stroomopwaarts van plaatsgrijpt (bv. intensieve akkerbospercelen: aanleiding of tuinbouw) geven tot ontstaan van percelen waarover overmatig veel bosravijnen → bos is zeer oppervlakkig water afspoelt (bv. ‘los’ en gemakkelijk fruitplantages). uitschuurbaar Strokenbouw Contourbewerking Op aanpalende percelen een verschillend gewas telen Bewerken vd bodem loodrecht op de hellingsrichting → Reductie van hellingslengte vermijden dat door ploegen kleine stroomkanaaltjes Door afwisseling van teelten met verschillende worden ‘voorgevormd’ bodembedekkingsgraad en/of bodemruwheid: opvang De ploegvoren fungeren als kleine dammetjes die water van geerodeerd sediment ophouden, waardoor mindersnel afstroming optreedt Sediment wordt slechts over korte afstand verplaatst Kan bij hevig regenbuien aanleiding geven tot vorming van tijdelijke ravijnen in natuurlijk drainagelijnen → kan thalweg voorzien van grashang
Stijn Vandelanotte
-46-
Bodemkunde: theorie
Andere … Terassering Mechanische beheersmaatregel ongeveer volgens de hoogtelijnen aangelegd op hellend land om de hellingslengte te onderbreken en waar nodig de hellingshoek te verminderen Doel: grotere water infiltratie of goede waterafvoer zodat erosie binnen aanvaardbare grenzen blijft Graften Wat? Langgerekte steilranden ± evenwijdig met de helling = cultuurterrassen Erosie van bodem aan voet van bos of haag, afzetting aan volgende haag Wanneer hagen weg gekapt zijn → graften Onder landbouw → geleidelijk wegeroderen van graften Ook door graszoden, ploegen, exploitatie → geleidelijk weg eroderen van graften Holle wegen Vooral op helling van heuvelige zandleem- en leemstreek Ontstaan dateert van in de middeleeuwen → karresporen hellinngsafwaarts → compactie en prefentiele waterbeweging → verticale erosie , geleidelijke uitdieping →depositie materiaal aan voed van helling (colluvium) Wanneer wegname vegetatie op randen van een holle weg → geleidelijke afvlakking Soms hole wegen tot 5m diep (muziekbos)
Bodemerosie door wind Voorkomen? Vooral in ariede gebieden, Arctische streken → vaak veroorzaakt door mens: overbegrazing, landbouw, ontbossing
Beinvloedende factoren Korrelgroote, optimaal 0,1mm Bodemvocht: bepaalte de cohesie tussen de bodemdeeltjes → vochtgehalte ↑ → cohesie ↑ Ruwheid vd bodem: ruwheid ↑ → Ewind ↓ Terreinlengte: lengte ↑ → Ewind ↑
Transportprocessen Saltatie → zand van 0,05 – 0,5mm → afstanden tot 100m (belangrijkste transportproces qua hoeveelheid verplaatst materiaal) Kruipen (creep) → grofzand en fijn grind → afstanden tot maximum enkele meters Suspensie → de kleinste bodemdeeltjes (<0,05mm) → afstanden van duizenden km
Gevolgen van winderosie en sedimentatie In actief eroderend gebied: zowel fysische als chemische bodemvruchtbaarheid ↓ en bodemstructuur verslechterd en ook zal het vochthoudende vermogen afnemen In sommige streken kan het geerodeerde materiaal sedimenteren → positieve bijdrage tot bodemvruchtbaarheid. Bv herstel vd chemische bodemvruchtbaarheid bij zwerflandbouw en door bodembedekkers in de gewasrotatie op te nemen, gedeeltelijk te danken aan het invangen van deeltjes uit naastgelegen landbouwgronden Sedimentatie kan ook nadelig zijn als het zich afzet op ongunstige plaatsen Bv zorgen voor duinvorming op akkers of op wegen Bv door vol stuiven van irrigatiekanalen, drainage systemen en gebouwen vol met zand
Gevolgen van winderosie en sedimentatie windschermen (zeilen, vlechtwerk, hagen, bomenrijen, zonnebloemen doel: verhogen bodemruwheid → windsnelheid ↓ → erosie ↓ irrigatie → verhogen vh bodemvocht grofploegen → verhogen vd ruwheid vh oppervlak ploegen loodrecht op de windrichting → verhogen vd ruwheid korte braakperiode kleine oppervlakken: verkorting terreinlengte stripcropping: gewassen met verschillende lengte In België: actieve winderosie? Vooral aan de kust → fixatie duinen door beplanting en windschermen
Stijn Vandelanotte
-47-
Bodemkunde: theorie Hoofdstuk 14bis: Ontstaan van reliefsvormen Massabewegingen (denudatie) Massabeweging? Transport langs hellingen zonder tussenkomst van rivieren, wind, gletsjers Functie van water? Vallen, glijden, kruipen, vloeien, afspoelen Wanneer er hang+capillair water aanwezig is → hogere oppervlakte spanning → meer stabiliteit Bij veel regen: porien verzadigd → oppervlaktespanning ↓ → beweging In combinatie met opwaartse waterstroom (bron) → geen onderlinge samenhang → korrels gaan drijven, glijden, vloeien (drijfzand) Opm: liquefactie: onderlinge samenhang kan ook verloren gaan door trillingen of schokken → poriengehalte ↑ → sediment gedraagt zich als vloeistof → massa beweging zonder water Helling Stabiel: de verplaatsing gebeurt traag, geleidelijk, doorlopen ⇒ weinig schade Labiel: grotere snelheid, grote hoeveelheden materiaal, veel schade Stabiliteit vd helling is afhankelijk van: Hellingsgraad ♦ Kliffen ♦ Gewichtophelling = stijgende hellingsgraad = meer erosie Materiaal ♦ Hard, zacht, permeabel, ♦ Aanwezigheid van laagvlakken, breuken
Langzame denudatie Creep Bovenste 2 m Oorzaak? Vorst en dooi (periglaciaal), deeltjes loodrecht op helling bij vorst, dalen loodrecht (gravitati) bij dooi Gevolgen? Nettoneerwaartse verplaatsing tot enkele cm/jaar Bomen en structuren hellen over hellingafwaarts Earthflow: door verzadiging met water, langzame beweging vd bodem Sollifluctie: beweging vd bodem langs de helling boven op een permafrost, veel voorkomend verschijnsel in pericglaciale omstandigheden (bv ardennen) ⇒ vorming van stenig leem
Snelle denudatie Meestal in harde gesteenten met grote samenhang en grote wrijvingsweerstand Steenslag: Vallende stenen, meestal afzonderlijk (geen onderlinge invloed) Aan voet: puintalud met αe = 27-43° Bergstorting Grote gesteentemassa komt los langs diaklaas, breuk Breekt in kleinere stukken naar beneden Lawine Tussen kleinere stukken: wanneer veel stof + gruis + lucht Vorming van een luchtkussen → aërosol Lawine kan snelheden halen groter dan 100km/h Mudflow: is hetzelfde als earthflow maar dan wanneer er een snelle denudatie is slump gesteente en sediment los langsheen lepelvormig breukvlak glijdt als 1 laag omlaag vormt evenwijdige glijvlakken: trapvormige schollen bovenaan nis lahars: mudflows in vulkanisch gebied wanneer vulkanische as overzadigd met water begint vloeien
Stijn Vandelanotte
-48-
