DE CHEMISCHE SAMENSTELLING VAN ZOUTE GROND VOOR EN NA KUNSTMA-TIGE ONTZILTING
door J. Hofstee
Intern R a p p o r t R I J P 323, 1973
-. .
R I J K S D I E N S ' T
V O O R .,
,
D E
I J S S E L M E E R P O L D E R S
L E L Y S T A D
. .
,
.
. . , , .., .
,
,
.
. .. .
,
.. .
. ..
.
.
. .. .
. . . ,. ..
DE CHEMISCHE SAMENSTELLING VAN ZOUTE GROND VOOR EN NA KUNSTMATIGE ONTZILTING Inleiding De chemische processen die na het droogvallen in de IJsselmeerpoldergronden optreden, resulteren 0.a. in belangrijke wijzigingen in de hoeveelheid beschikbare plantenvoedingsstoffen (Smits et al., 1962). Voor fosfaat zijn deze veranderingen beschreven door Ente (1971). Uit de beschikbare proefveldgegevens kon het verloop van het fosfaatgehalte worden nagegaan. Het vaststellen van het fosfaatgehalte bij het droogvallen van de poldergrond leverde geen problemen, dank zij de geringe
I
mobiliteit en oplo~baarhe~d van fosfaat in de bodem, De direct na het ., droogvallen gevonden gehalten zijn gelijk aan die tijdens de periode
. .
daarv66r. Naast de verbindingen van het element fosfor, zijn o.a. ook die van kalium belangrijk voor de plantenvoeding..De laatste zijn echter goed oplosbaar en mede daardoor aan veranderingen onderhevig. V66r het gereedkomen van de Afsluitdijk bevatte het brakke water van de toenmalige Zuiderzee meer kaliumverbindingen dan het zoete water van het latere IJsselmeer. De verzoeting van het IJsselmeerwater had uiteraard ook veranderingen in de chemische samenstelling van de meerbodem tot gevolg. De hoeveelheid in water oplosbare kaliumverbindingen daalde, totdat het tenslotte na droogvallen en volledige rijping van de meer. .
bodem nog slechts ongeveer 25% zou bedragen van de oorspronkelijk Banwezige hoeveelheid. Om de grootte van de veranderingen in de voor de planten opneembare kaliumverbindingen in een jonge polderbodem op een zeker tijdstip .. te kunnen aangeven, is kennis omtrent de achtergronden van deze veranderingen en de snelheid ei-van noodzakelijk. In dit verband is o.a...de diffusie van kalium uit de bodem tijdens de verzo&ting van het bovenstaande brakke water belangrijk. Getracht is dit proces in het laboratorium na te bootsen om aldus aansluiting te vinden bij de in de praktijk gevonden gehalten aan opneembare kaliumverbindingen na het droogvallen. Dit is echter niet gelukt. Het natuurlijke mechanisme van op-
-
--
lossen en diffunderen is te complex om zich op eenvoudige wijze in het laboratorium te laten nabootsen. Onbekendheid met de waterbeweging vlak boven de meerbodem, met de mate van suspendering van de'bodem-
. ,
,
deeltjes in het water en met het aantal keren bezinken en suspenderen,. ., zijn factoren die waarschijnlijk in belangrijke mate hebben bijgedragen
.
.
.
..
1
afgezien van de vraag of het technisch mogelijk zou zijn de invloed van genoemde factoren in een laboratoriumproef te laten meespelen. De onderzoekresultaten geven echter we1 een beeld van de verschijnselen die optreden als een zoute grond op verschillende wijzen wordt blootgesteld aan de invloed van zoet water. Uit dien hoofde zijn ze een aanvulling op de hieromtrent reeds aanwezige kennis. In het hiernavolgende zullen de opzet, de uitvoering en de resultaten van het onderzoek, dat werd verricht in het najaar van 1969 tot de zomer van 1970 worden vermeld. De analyses werden uitgevoerd door mej. I.H. Selles.
, Monsters en methoden De proeven zijn uitgevoerd aan zoute slikgroid van de landaanwinningswerken. Het monster werd genomen in het najaar van 1969,'benoorden ~rie;land,. ter hoogtevan ~wai-te~aan.-:0mdat meef .,bodemmateriaal .. nodig bleek dan was geraamd, zijn na de eerste bemonstering nog twee porties grond op of nabij de eerste plek verzameld. Aangezien voor de plant d?,,veranderiigen in de chemische samenstelling van de bodem het belangrijkst zijn in de wortelzone, dus in de toplaag, werd deze laag van het slik bemonsterd. voor de toegepaste analysemethoden wordt verwezen naar- Hofstee (1966). Alle in de tabellen bpgenomen gehalten zijn gemiddelden van duplobepalingen. De granulometrische samenstelling en enkele andere gegevens zijn opgenomen in tabel 1. Het blijkt dat twee van de drie monsters vrijwe1 gelijk van samenstelling zijn, terwijl het derde monster aanmerkelijk meer zand bevat. Dit monster is wiarschijnlijk niet afkomstig van precies dezelfde plek als de beide andere, of de bemonsterde laag is iets dikker genomen waardoor een deel van.het onderliggende zand mee kwam. De samenstelling van de op het Wad recent gesedimenteerde toplaag kan zich onder invloed van klimatologische omstandigheden, bijv. sterke waterbeweging bij storm,'echter ook snel en belangrijk wijzigen. Vergeleken met de veel voorkomende middelzware gronden (25 B 30% lutum) uit de ~~sielmeerpolders zijn twee van de drie onderzochte slikmonsters nogal wat zwaarder. Er mag daardoor ookverschil in chemische samenstelling worden verwacht en tevens een niet in aile opzichten vergelijkbaar gedrag tijdens de laboratoriumproeven.
..
.
-
De veldvochtige (natuurlijke) grond werd onderzocht op de voor de plant gemakkelijk opneembare macro-elementen,,en we1 het uitwisselbare Ca, Mg, K, Na en NHc
Ter eontrole op de gevonden gehalten werd
de adsorptiecapaciteit bepaald als zijnde vergelijkbaar met de som van de uitwisselbare ka,tionen.Daarnaast werden nog in HC1 0,l n oplosbare kaliumverbindingen bepaald: In oude cultuurgronden is dit laatste gehalte een betrouwbare maat voor de hoeveelheid opneembaar kalium. Het is dan ook vrijwel gelijk aan het uitwisselbare kalium, maar de analyse is minder tijdrovend. Vandaar dat bij het bodimvruchtbaar'heihsonderzoek op kalium steeds K-HC1 0,1 n wordt bepaald. Bij met zeewater gexnundeerde gronden treden echter vrij grote .: verschillen op tussen K-uitwisselbaar en K-HC1 0,l n. Dit vindt zijn, oorzaak in het feit dat bij de laatstgenoemde analyse de in het bodemvocht opgeloste kaliumverbindingen worden mee bepaald, terwijl het uitwisselbare K wordt bepaald in grond waaruit het bodemvocht door uitwassen met alcohol isverwijderd. Aangeaien zeewater vrij wat kaliumbevat, kan hierdoor het gehalte aan K-HC1 0;l n in een met zeewater verzadigde grond sterk worden verhAogd. Daarom is bij deze proef, naast het uitwisselbare K, oak het gehalte aan K-HC1 0,l n in het onderzoek opgenomen. De ontzilting van de zoute slikgrond werd in hetlaboratorium uitgevoerd met behulp van IJsselmeerwater en we1 op drie verschillende manieren, nl.: de grond in rust, terwijl een bovenstaande kolom zoet water voortdurend voorzichtig werd gemengd (diffunderen), de grond in rust, terwijl met zoet water werd uitgewassen (percoleren) en de grond met zoet water machinaal schudden (roteren). Op deze technieken, waarbij in de genoemde volgorde het contact tussen de zoute grond en het zoete water wordt vergroot, zijn nag enkele variaties in de grond-vloeistofverhouding en in debehandelingsduur toegepast. Het IJsselmeerwater representeert in deze proeven het "natuurlijke" verzoetingswater. Dit bevat van nature'een zekere hoeveelheid van de te bepalen elementen. Deze hoeveelheid werd in iedere nieuwe portie IJsselmeerwater bepaald: In enkele gevallen werd de proef eveneens met gedemineraliseerd water uitgevoerd, zodat een indruk kan worden verkregen van de invloed van de in het IJsselmeerwater aanwezige elementen op het verzoetings- c.q. ontziltingsproces van de grond. In het hierna volgende zullen de proeven en hun technische uitvoering nader worden omschreven.
Diffunderen: Onder invloed van dit proces is de bovenlaag van de IJsselmeerbodem tijdens de verzoeting van dit meer geheel of gedeeltelijk antzilt. Zoals reeds in de inleiding werd opgemerkt, kan deze diffusie slechts op een onvolkomen wijze in het laboratorium worden nagebootst.
Om h e t n a t u u r l i j k e proces e n i g s z i n s t e benaderen werd zout s l i k i n een
c i l i n d e r gebracht en h i e r o p h e t z o e t e w a t e r geschonken. De c i l i n d e r I
werd s l e c h t s even omgeschud en daarna een nacht weggezet om de grond
t e l a t e n bezinken. Het bovenstaande water werd vervolgens op zodanige w i j z e gemengd d a t de grond n i e t i n b e r o e r i n g kwam. D i t l a a t s t e werd b e r e i k t door een i n e r t gas ( s t i k s t o f ) door h e t
w a t e r t e l e i d e n . Er werd een i n e r t g a s gekozen om ohgew&nste oxydatieprocessen i n de nog n i e t geheel g e a e r e e r d e grond t e vermijden. Aangezien i n d e n a t u u r l i j k e t o e s t a n d de hoeveelheid l j c h t d i r e c t boven de meerbodem v r i j w e l n i h i l i s , werd ook b i j d e laboratoriwnproef d e i n -
-
vloed van h e t l i c h t micro-organismen
-
een b e l a n g r i j k e f a c t o r b i j d e a c t i v i t k i t van '
u i t g e s c h a k e l d door d e c i l i n d e r s met zwart p a p i e r
'
t e omwikkelen. V66r en na d e proef werden i n d e grond de u i t w i s s e l b a r e k a t i o n e n , d e a d s o r p t i e c a p a c i t e i t en K-HC1 0 , l n bepaald. Het g e b r u i k t e IJsselmeerwater werd onderzocht op de g e h a l t e n aan k a t i o n e n . De v e l d v o c h t i g e ( n a t u u r l i j k e ) grond werd i n glazen c i l i n d e r s v a n ruim I l i t e r inhoud ( z o a l s i n gebruik b i j d6 k l e i b e p a l i n g volgens d e ' .
pipet-methode) g e b r a c h t . D e hoeveelheid grond werd zodanig gekozen d a t
1
met ongeveer 1 l i t e r i o e t w a t e r een zo g r o o t mogelijk d i f f u s i e - e f f e c t kon worden verwacht. Tevens moest d e hoeveelheid grond zo g r o o t z i j n d a t na de d i f f u s i e a l l e gewenste-bepalingenkonden worden v e r r i c h t . '
Een e n - a n d e r r e w l t e e r d e i n een verhouding droge g r o n d - v l o e i s t o f van 1 : 36 en 4 c i l i n d e r s p e r proefonderdeel, Per c i 1 i n d e r ; b e d r o e g dan d e ' '
d i k t e van d e m e t w a t e r v e r z a d i g d e gkondlaag 3
-
49 cm, overeenkomend
'
met'-ca. 100 g v e l d v o c h t i g e o f ca. 27 g d r o g e grond, b i j e e n t o t a l e hoeveelheid v l o e i s t o f "an 1 l i t e r . De u i t de 4 c i l i n d e r s samengevoegde 0
grond werd.voor een d e e l gedroogd b i j 105 C ter b e p a l i n g van K-HC1' 0 , l n en h e t r e s t a n t werd, na uitwassen m e t a l c o h o l , g e b r u i k t voor onderzoek
,
.
n a a r h e t . : g e h a l t e aan u i t w i s s e l b a r e k a t i o n e n . .
,He!
,-,.
d o o r l e i d e n van s t i k s t o f geschiedae met behulp van een gas-
v e r d e l i n g s b u i s d i e op 2 & 3 cm boven de grondkolom i n h e t water werd
~-
aangebra&ht. D e s n e l h e i d van de gasstroom werd zodanig a f g e s t e l d d a t d e g r o n d . j u i s t n i e t opwarrelde. A l s z o e t water voor d e d i f f u s i e werd zowel IJsselmeerwater a l s gedemineraliseerd water g e b r u i k t . Het e f f e c t
. .
-
van de d i f f u s i e i n d e t i j d werd g e c o n t r o l e e r d door na 48, 96 en 202 u r e n s t i k s t o f d o o r l e i d e n , de gewenste a n a l y s e s i n d e grond t e v e r r i c h t e n . Deze opzet kwam dus n e e r op 4 . c i l i n d e r s met grond per s o o r t water
-.
en per d i f f u s i e t i j d .
.
.
De invloed van h e t z o e t e w a t e r op d e chemische s a m e n s t e l l i n g van z o u t e grond z a l b i j d i f f u s i e h e t e e r s t o p t r e d e n aan d e o p p e r v l a k t e van
..
de grond. De snelheid waarmee dit proces zich naar dieper gelegen lagen voortzet, is uiteraard belangrijk .';oar de mate.waarin gedurende de verzoetingsperiode ontzilting van de grond zal plaatsvinden. Vandaar ook dat bi j. de-. hierv66r beschreven laboratoriumproef de grond werd onder--
'
zocht na kort en lang contact met het zoete water. Hierbij kon echter niet worden nagegaan hoe ver de invloed van het zoete water in de ..
in de cilinders aanwezige grondlaag was doorgedrongen. Om hiervan enige indruk te krijgen werd met nieuwe porties grond de proef herhaald. Aangezien hierbij een laagsgewijze bemonstering van de in de' cilinders aanwezige grond na beeindiging van de diffusie mogelijk moest zijn, werden cilinders gebruikt met een grotere inhoud, zo-, . . dat meergrond met toch hog een redelijk grote hoeveelheid zoet water kon worden samengebracht. Hiervoor werden 5 kunststofcilinders (perspex) gebruikt met een inwendige diameter van 11 cm e n e e n inhoud van onge-
. .
veer 5 liter. De grond werd in eeri kunststof (trovidur) bakje in de cilinders gebracht. Het bakje was 71 mm hoog en had een inwendige diameter van 99 mm. De inhoud was in drie gelijke horizontale compartimenten verdeeld met behulp van.twee kunst'stof zeefplaatjes die op in de binnenwand van het bakje aangebrachte steuntjes rustten. Door nu het bakje te vullen tot aan de onderste steuntjes, hierop een zeefplaatje aan te brengen, vervolgens verder te vullen tot de bovenste steuntjes.en na aanbrengen van het tweede zeefplaatje het bakje tot
.
.
de rand.te vullei, was de grond door de zeefplaatjes in 3 lagen van.ca.
23 mm dikte verdeeld. De hoeveelheid ve1,dvochtige grond per laag bedroeg ongeveer 620 gram (= ca. 160 g droge grond) en er werd een hoeveelheid zoet water opgebracht in een verhouding droge grond : water = 1 : 25. Het bakje met grond werd in de cilinder gebracht waarin reeds een deel van het toe te voegen water aanwezig was. Het neerlaten tot op.de cilinderbodem geschiedde zeer voorzichtig, opdat geen grond zou "opwairelen". Daarna werd het restant van het water voorzichtig bijgeschonken. gebruikt, omdat in Als zoet water werd all66n ~~sselmeerwater dit geval het effect van gedemineraliseerd water weinig of geen relatie had met het natuurlijke proces. Op dezelfde wijze en om dezelfde redenen als reeds eerder beschreven werden de cilinders van het licht afgesloten en werd gedurende 48 uren stikstof doorgeleid. Hierna werd het bovenstaande water zo veel als mogelijk was afgetapt en debakjes .. met grand uit de cilinders gelicht. De bovenste grondlagen werden tot op het eerste zeefplaatje uit de bakjes verwijderd en samengevoegd, 0
een deel gedroogd bij 105 C voor de bepaling van K-HC1 0,l n en de
,
;
- 6 -
rest met alcohol uitgewassen en onderzocht op de gehalten aan uitwis-
I
selbare kationen. Op dezelfde wijze werden de middelste en onderste lagen behandeld. Om een indruk te krijgen van de verandering in de chemische samenstelling van het IJsselmeerwater na de proef, werd ook het afgetapte water onderzocht op het gehalte aan Ca, Mg, K, Na en NH4.
Percoleren: Hierbij wordt de grond met een. vloeistof "doorgespoeld". In de natuur vindt dit plaats bij drooggevallen poldergrond tijdens bijv ... regenval. De grond komt hierbij in contact met steeds "verse" vloeistof die onder invloed van de zwaartekracht en afhankelijk van de doorlatendheid van de grond meer of minder snel door de porien loopt om daarna
..
via een ontwaterings- en/of afwateringssysteem te warden afgevoerd. Evenals bij. diffusie leidt percolatie van zoute grond met zoet water tot ontzilting van de grond. Het proces verloopt bij percolatie echter tot de met water verzadigde zone veel sneller over een grotere diepte in het bodemprofiel door de voortdurend verse aanvoer van zoet water. In het laboratorium is deze ontzilting na te bootsen door de zoute grond in een rechtwandige trechter met filter en zeefplaat te brengen en het zoete water met behulp van onderdruk door de grond te zuigen. De hoeveelheid te percolerenvloeistof per tijdseenheid wordt bepaald door de ingestelde onderdruk en de doorlatendheid van de grond. Kan de gewenste percolatie-snelheid bij de kleinst mogelijke onderdruk niet warden bereikt, dan kan de doorlatendheid van de grond worden vergroot door vermengen met .inactief kwartszind. Volgens deze techniek werd een nieuwe portie zoute slikgrond met' IJsselmeerwater gepercoleerd. Hiertoe werd, nadat de veldvochtige grond was gehomogeniseerd, ca. 78 g (= ca. 20 g droge grond) vermengd met 100 ml kwartszand en gebracht in een rechtwandige porceleinen trechter (vlgs. BUchner), met op de zeefplaat een hard kwalitatief filter. Na percolatie met IJsselmeerwater werden de uitwisselbare kationenin de grond bepaald en tevens de chemische samenstelling van het percolaat. Voor de bepaling van de uitwisselbare kationen werd de grond in de Buchner-trechter gepe~coleerdmet alcohol ter venvijdering van het nog.aanwezige IJsselmeerwater en vervolgens met een ?JaCl-oplossing.voor Ca
-
en Mg, met een NH NO -0plossing voor K en Na en met een Ca-acetaatop4 3 lossing, alcohol en een NaC1-oplossing voor bepaling van de adsorptiecapaciteit. Er waren daarom 3 Btichner-trechters met een grond-zandmengsel en eenzelfde aantal met alleen zand (als blanco) nodig voor
I
iedele hoeveelheid te percoleren.IJsse1meerwater. De percolaten werden in duplo geanalyseerd. . . te percoleren met 1, 2, 5 en 10 liter De bedoeling was om degrond
IJsselmeerwater om aldus het effect van een lage,tot zeer hoge grondvloeistofverhoudi~gop de ontzilting te kunpen vaststellen. Het bleek echter tijdens de proefdat na percolatie van 2 liter de doorlatendheid .
.
van het grondaandmengsel reeds zo sterk was gedaald, dat 5 liter meer dan een week percolatietijd zou hebben gekost.
Om dit zeer tijdrovende'deel van de proef binnen de perken te houden werden de hoeveelheden te percoleren IJsselmeerwater gesteld op 1, 2, 3 en 4 liter, hetgeen resulteert in een verhouding droge grond-vloeistof van resp. 1 : 50, 1 : 100, 1 : 150 en 1 : 200. De oorzaak van het teruglopenvan d e doorlatendheid tijdens de percolatie is, dat tijdens het percoleren een ontmenging van het grond-zandmengsel optreedt, doordat de fijnste gronddelen naar beneden worden gespoeld en de grond zowel als de filterporien geheel of gedeeltelijk blokkeren, Bij 'dezk proef was er echter nog een andere reden waarom de dooiL latendheid tijdens het percoleren terugliep. Het gebruim IJsselmeerwater bevat van nature enig slib, wat uiteraardop degrond jndetrechter achterbleef en aldus een minder doorlatend . .
.
,
laagje vormde. Dit laagje werd niet alleen steeds minder doorlatend, doordat meer water, dus meer slib, werd opgebracht, maar ook door de biologische activiteit (0.a. algengroei) in het water. De proef werd daarom herhaald met gefiltreerd IJsselmeerwater. De biologische activiteit in het gefiltreerde water werd tijdens de opslag geremd door de vaten met zwart papier te omwikkelen. Tevens werd de dooriatendheid van het grond-zandmeng.selvergroot door 150 ml inplaats van 100 ml kwartszand toe te voegen. Deze maatregelen
hadden weliswaar een gunstig effect op de door-
latendheid, maar toch niet in die mate dateen hoeveelheid van 5 liter IJsselmeerwater in minder dah 5.dagen was doorgelopen. De ontmenging van het grond-zandmengsel tijdens het percoleren is dus blijkbaar de hoofdoorzaak van het teruglopen van de doorlatendheid. Ook b5j deze herhaalde proef werd daarom met maximaal 4 liter IJsselmeerwater gepercoleerd. Alhoewel de uitvoering van beide proeven dus identiek was en daardoor geen versehil in. de resultaten kon worden verwacht, werd het onderzoek bij de herhaalde proef toch geheel'uitgevoerd. De voor deze proef beschikbare.grond bevatte nl. veel minder klei dan die welke voor de voorgaande proeven was geleverd. Het was interessant om na te gaan.of en zo ja, in welke mate een afwijkende samenstelling van de
Roteren: De grond wordt bij deze techniek op de meest intensieve wijze in contact gebracht met een vloeistof. Het effect van deze behandeling op de chemische samenstelling van de grond wordt bepaald door de samensteiling van de vloeistof, de verhouding grond-vloeistof en de contacttijd. Doordat de vloeistof niet wordt ververst, leiden deze factoren tot een evenwicht tussen de chemische samenstelling van de vaste en de vloeibare fase.' In de natuur heeft deze ontziltingstechniek bij bena'de-' ring een equivalent in het geval dat de polderbodem nog niet is drooggevallen en bij woelig water vlak boven het bodemoppervlak de,bovenste centimeters van de grond in suspensie geraken. Hierbij kunnen echter de gronddeeltjes over vrij grote afstanden worden getransporteerd,,waardoor .
..
ze in contact kunnen komen met "vers"zoet water van de bovenste waterlagen of althans met water van een andere chemische samenstelling'dan
.
3
.
dat uit hun oorspronkelijk milieu. Ook de intensiteit van.het contact, de tijdsduur ervan en de hoeveelheid per volumeSenheid aanwezige gronddeeltjes'kunnen, door de mate van heftigheid en de duur van de waterbeweging, nogal afwijken van het in het laboratorium toegepaste roteren. Uiteraard kunnen ook in het. laboratorium de contacttijd en de grond-vloeistof verhouding naar believen worden gevarieerd. Daarnaast zijn dan nog verschillende 'schudmethodieken denkbaar, die een meer of minder:intensief contact tussen grond en,vloeistofopleveren. Evenals bij de reeds beschreven proeven moest ook hier omw.ille van de beschikbare tijd en mankracht het aantal te onderzoeken objeden worden beperkt en een keuze worden gedaan uit de vele mogelijkheden. ~ekozenwerd 'vooreen intensieve sch"dmeth0de (het roteren), .een Lange contacttijd (16 uren) en twee verhoudingen droge grond-vioeistof (1 : 25 en 1 : 50). De hoeveelheid voor de proef in gebruik te nemen veldvochtig slikmonster moest'voldoende zijn voor het onderzoek naar de gehalten aan K-HC1 0,l n en uitwisselbare kationen. Dit kwam bij het actuele vochtgehalte van het slik neer op ongeveer 380 g veldvochtig materiaal. Deze hoeveelheih werd samengebracht met ~~s~elmeerwater in de verhoudingen 1 : 25 en 1 : 50 en met gedemineraliseerd water in de verhouding 1 : 50. De extracties werden in duplo uitgevoerdin flessen van 3 liter. Na gedur'ende 16 uren mechanisch roteren, bij 44 omwentelingen per minuut, werd het overtollige water uit de suspensie verwijderd door filtreren over een hard filter in een BUchner-trechter met behulp
van onderdruk. Een deel van de grond werd vervolgens gedroogd voor-het onderzoek naar het gehalte aan K-HCl 0,l n en het restant werd met-al0
coho1 uitgewassen, bij 50 Cgedroogd en gemalen ten behoeve van de bepalingen van de gehalten aan uitwisselbare kationen. In BBn van de filtraten, nl. die van het 1 : 25
-
extract, werd de chemische samen-
stelling hepaald.
1
Resultaten Zoals gebruikelijk zijn de uitwisselbare kationen bepaald in en berekend op.de voorbehandelde, d.w.2. met alcohol uitgewassen, 'grond. Door deze ~oorbehandelin~ van het veldvochtige materiaal wordt het bodemvocht uitgespoeld en aldus de hierin opgeloste kationen bij de analyse uitgesloten. De op deze wijze voorbehandelde grond wordt gedroogd en gemalen en op uitwisselbare kationen onderzocht.
,
Bij sterk zouthoudende grond is de gewichtshoeveelheid in het bodemvocht opgeloste zouten relatief groot. Wordt van .een .- dergelijke grond een bepaalde gewichtshoeveelheid van het veldvochtige ("natuurlijke") materiaal voor het onderzoek in gebruik genomen dan zuilen, afhankelijk~ van het watergehalte van de grond, de in dat water opgeloste zouten een meer of minder belangrijk deel van de afgewogen hoeveelheid veld-
.
vochtige grond uitmaken. Omrekening 'van d e i n deze portie grond gevonden 5
uitwisselbare kationen op het via het vochtgehalte te berekenen stoofdroge materiaal, levert lagere waarden dan wanneer van met alcohol voorbehandelde grond wordt uitgegaan. Een deel van de afgewogen veldvochtige grond bestond nl. uit zouten, welke hoeveelheid ten onrechte als grond wordt gerekend. Dat dit deel tot niet te verwaarlozen afwijkingen bij de berekening van deanalyseresul.taten kan leiden, moge blijken uit de bijdit onder-
r
zoek betrokken monsters. Het ~ a c l - ~ e r i e n t avan ~ e 7 ' 9 in monster no. i26873a bijvoorbeeld resulteert in 92,l g grond per 100 g gedroogd materiaal. Wordt dus veldvochtige grond voor de analyse afgewogen, dan moetbij de
. ~..
berekening van de analyseresultaten op 100 g droge grond een zodanige' correctiefactor worden ingevoerd dat de invloed van het;zout-inhet
bodemvocht wordt uitgeschakeld. In het genoemde voorbeeld is deze factor
loo
Een ads~rptieba~aciteit van bijv. 40,O mval stijgt na d&& correc9Y' tie tot 43,4. Bij het hier beschreven onderzoek doet.zich dit geval, dat wordt uitgegaan van een gewichtshoeveelheid veldvochtige grond, voor
.-
bij de percolatieproeven. Hierbij is dan ook de hiervoor genoemde correctie toegepast De gegeven waarden voor uitwisselbare kationen en adsorptiecapa-
waardoor h e t Na-gehalte v a n , d e. d. i f f u s i e v l o e i s t o f nog r e l a t i e f l a a g i s . Na v o o r t g e z e t t e d i f f u s i e r a a k t h e t ioute.bodemvocht geheel vermengd met h e t b o v e n s t a a n d e z o e t e w a t e r , waardoor h e t Na-gehalte van d e : d i f f u s i e v l o e i s t b f s $ i j g t ' . E r s t e l t z i c h !dan een nieuw ~ i t w i s s e l i n ~ s ,
. .
evenwicht t u s s e n grond e n v l o e i s t o f i n , w a a r b i j h e t percentage Na aan de grond i e t s hoger en d i t van C a i e t s l a g e r . l i g t dan na een k o r t e diffusietijd. Eenzelfde gedrag a l s b i j ~a doet z i c h , hoe'wei i n mindere mate, voor b i j h e t u i t w i s s e l b a r e K . Ook h i e r , na een a a n v a n k e l i j k e d a l i n g , een g e r i n g e s t i j g i n g van K b i j v o o r t g e z e t t e d i f f u s i e . Hetzelfde g e l d t voor h e t i n H C 1 0 , l n o p l o s b a r e K . De g e h a l t e n z i j n . h i e r e c h t e r i e t s hoger dan d i e van h e t u i t w i s s e l b a r e K , omdat voor d e eerstgenoemde a n a l y s e d e grond n i e t met a l c o h o l wordt uitgewassen en h e t i n h e t bodemvocht a a n i e z i g e K dus,wqrdt m e e bepaald.
Di van o r i g i n e r e e d s z e e r g e r i n g e hoeveelheid geadsorbeerd NH4 b l i i f t v r i j w e l dnveranderd. Afbraak van NH ,
4
i s onder tleze omstandigheden
n i e t t e verwachten. Het c o n s t a n t d o o r l e i d e n v i n s t i k s t o f houdt h e t
.
.
. $ i l i e u zuim-stqfarm, hetgeen b e v o r d e r l i j k i s voor ammonificatie'. D e g r o t e a f f i n i t e i t ' van Mg voor h e t adsorptiec&nplex b i j aanwezigheid van v e e l
. .
Na ( v . d . Molen, 1958) voorkomt, ook na l a n. g .d u i i g d i f f u n d e r e n , een d a l i n g van h e t u i t w i s s e l b a r e Mg. H e t s t i j g e n d e ~ a - g e h a l t ei n de d i f f " s i e v 1 o e i s t o f veroorzaakt z e l f s een l i c h t e s t i j g i n g van , h e t geadsorbeerde Mg: Na 48 uren i s h e t ~ n t z i l ' t i n ~ s e f f e van c t h e t opgebrachte ' z o e t e
:
water dus n i h i l geworden en zou, w i l . h e t proces voortgang vinden, h e t water moeten worden v e r v e r s t . Dat deze bewerking v e l e malen moet worden herhaald.om d e grond geheel t e o n t z i l t e n , b l i j k t u i t d e r e s u l t a t e n t n
..
t a b e l 3. B i j de gegeven verhouding van z o u t e grond en o n t z l l t i n g s v l o e i s t o f i s na twee etmalen d i f f u n d e r e n i n d e k a t i o n e n b e z e t t i n g van een . s l e c h t s 23 m 3 d i k k e bovenlaag d u i d e l i j k een begin'van o n t z i l t i n g t e c o n s t a t e r e n . Het zoitgehalte
van d e bovenstaande o n t z i l t i n g s v l o e i s t o f
i s inmiddeis gestegen.
De hoeveelheid Mg i s ruim verdubbeld en d i e van Na b i j n a verdrie: v.oudigd:Verversing
van d i t w a t e r d o e t e e r s t weer een nieuw kationen-
evenwicht met d e bovenlaag o n t s t a a n en "ervolgens r e a g e e r t h e t met d i e p e r gelegen lagen. H e t i s u i t h e t voorgaande d u i d e l i j k d a t i n nat u u r l i j k e omstandigheden h e t d o o r d i f f u s i e o n t z i l t e n van een grond t o t een voor landbouwgewassen aanviardbare d i e p t e ( c a . 70 cm) een l a n g d u r i g proces i s . "
it de resultaten in tabel 4 blijkt dat verversing van de ..% . ... ontziltingsvl6E;istof snel kan leiden tot grote veranderingen in de kaPercoleren:
i I
'
.
,
,....
tionsnbezetting van het adsorptiecomplex. Reeds na percolatie met 2 . . liter IJsselmeerwater geeft de kationenverhouding van de zware grond
+-+
+- 8% minder Mg en +- 42% meer Ca en de lichte grond 29% minder Na, + - '14%.minderMg en +- 49% meer ~a'. :Dat de lichte grand wat meer ontzilt is dan de zware, wordt vooral 30% minder Na,
veroorzaakt door het verschil in de watergehalten van de natuurlijke grond. De lichte grond bevat bijna de helft'minder water dan de zware. De eerste liters van het percolerende zoete water worden dus bij het lichte monster met veel minher zout bodemwat'er "verontreinigd" dan bij het zware monster. ~ahdaarook dat de Na-gehalten in de percolaten van het lichte monster lager zijn dan in die
van de zware grond. Het ont-
ziltingseffect van de eerste liters IJsselmeerwater is daardoor bij het lichte monster groter. Daarnaast is de hoeveelheid geadsorbeerde kationen bij het lichte monster kleiner dan bij het zware, omdat minder adsorptief materiaal (lutum en humus) aanwezig is. Voortgezette percolatie met IJsselmeerwater leidt daarom bij het lichte monster- sneller tot het doe1 danbij het zware. Dit blijkt uit de vrij-we1 niet meer veranderende complex. . bezetting bij de lichte grond na percolatie met 2 en m e t 3 liter IJssele .. bij de zware grond de-4 liter nog een duidelijk. meerwater, terwijl gunstig effect.heeft. Opvallend bij.'dein tabel 4 vermelde resultaten zijn de sterk gestegen adsorptiecapaciteiten na percolatie met de'eerste liters IJsselmeerwatek. De Som van de kationen bli-jft echter weinig afwij.ken-van de .
.
.
i n het oorspronkelijke veldvochtige monster gevonden ads~rptieca~iiciteit. . . -Ermoet dus na percolatie met 1 tief materiaal in de
grand
tt
2 liter ~~sselmeerwate'r -me,eradsorp-
aanwezig zijn dan voordien eri de adsorptie-
plaitsen van dit materiaal moeten bezet zijn met andere:dan de bij dit onderzoek bepaalde kationen. Aanrijking van de grond met adsorptief slib uit het percolerende IJsselmeerwater is mogelijk, maar zouna percolatie met 3 en 4 1 nog hogere adsorptiecapaciteiten hebben moeten opleveren dan na 1 en 2 liter. Het tegendeel is echter het geval: Daarbij komt nog dat monster 126873 b werd gepercoleerd met gefiltreerd, dus slibvrij, IJsselmeerwater en dat ook dan de adsorptiecapaciteit stijgt.
-
Niet alleen de fijnste gronddelen echter, maar ook organische componenten leveren een belangrijk aandeel in de adsorptiecapaciteit. Uitgaande van het feit dat deze componenten uiteraard ook in IJssel-
-
me'irwa'ter voorkomen, volgt hier een theorie ter verklaring van de af.
.
wijkingen.in de adsorptiecapaciteit. Wanneer een grond met vers IJsselmeerwater wordt gepercoleerd, blijft .het organische materiaal uit dit water in de
grand
achter.
IA
dit zuurstofrijke water, dat tijdens het percoleren in open verbinding staat met de lucht, vindt gemakkelijk oxydatie van vers'organisch mateiiaal -plaats. Hierdoor wordt het zure karakter van de huminezuren versterkt waardoor . . meer carboxylgroepen ontstaan en de adsorptiecapa-. citeit stijgt (Hbfstee, 1972). Bij percolatie met &en grote hoeveelheid IJsselmeerwater negmt de doorlatendheid van de grond in de BUchnertrechter geleidelijk af, waardoor de grond dagen lang onder water staat en weer reductie kan optreden waardoor de adsorptiecapaciteit daalt. Tevens zal in die tijd consumptie van vers organisch materiaal Plaatsvinden door de bacterisle activiteit in het water. Dit resulteert in een daling van de hoeveelheid organisch materiaal en dus ook van de.ads~r~tiecapaciteit:De hoeveelheid organisch materiaal' in het ~Jsselmeerwiteren d e verblijftijd van dit water in de grond zijn
,
aus belangrijke factoren bij de genoemde processen en bepalend voor de .
. . *,
.
mate waarin de adsorptiecapaciteit verandert. Dit zou hzt verschil in . .
gedrag van de adsorptiecapaciteit van beide monsters in tabel 4 kunnen . . verklaren. ~et'zware monster (126873 a) is van nature reeds minder doorlatend dan het lichte (126873 b). Daarbij werd van het lichte monster de doorlatendheid nog vergroot door met meer'kwartszand (150 ml) te mengen dan het zware (100 ml). '
-
Tevens werd het lichtemonster gepercoleerd met.,
'
.,.
gefiltreerd en het zware met ongefiltreerd ~Jsse%meerwater.Door deze verschillen steeg de adsorptiecapaciteit bij het zware monster relatief meer dan bij hetlichte en bereikte de stijging bij het lichte monster het maximum in een later stadium. Zoals reeds eerder .werd opgemerkt worden bij stijgende adsorptie-
. capaciteit de extra-adsorptieplaatsen bezet door andere dan de bij deie proef bepaalde kationen. De som van deze kationen blijft immers gedurende alle behandelingen op hetzelfde niveau. Gezien de veronderstelde aanrijking met carboxylgroepen en deoptredende reducerende processen zal het verschil tussen adsorptiecapaciteit en de som van de kationen.geheel of grotendeels voor rekening komen van het waterstof-ion met mogelijk nog enig ijzer en/of aluminium. Ook dit is echter, evenals de
-
hierv66r ontwikkelde theorie, bij het hier beschreven onderzoek niet aangetoond. Voor een goed begrip van de in natuurlijke omstandigheden optredende verschijnselen bij ontzilting is een onderzoek naar de oor-
Samenvatting '
. ~ntzilten van grond die langdurig ondpr zeewater heeft gestaan, . ,
met behulp van zoet water levert bij'toepassing van de technieken van diffunderen; percoleren 'of roteren hetzelfde eindresultaat bij een nogal sterk verschillende tijdsduur. Het resultaat van de ontzilting wordt k...,
-.
bexnvloed door;de,,samenstelling van het zoete water, de verhouding .. '. .zoute zokt water, de contacttijd van grond en ontziltingsvloei- . grand .
.
-
.stof en het a1 of niet verversen van deze vloeistof. Tijdens het ontzilten van de grond door percoleren met zoet water stijgt de adsorptiecapaciteit van de grond aanvankelijk vrij sterk en daalt weer tot het'oorspronkelijke niveau bij :voortgezette percolatie met zoet water. De gegeven: theoretische verklaring voor dit verschijn-. sel dient in een nader onderzoek op zijn juistheid te worden getoetst.
Kampen, juni 1973.
Chemische samenstelling v66r en na ontzilten met IJsselmeerwster en gedemineraliseerd water door diffunderen onder constant doorleiden van stikstof. Vsrhouding g droge grond:ml vloeistof = 1 : 36. Monsternummer 126873.
-
18
-
Tabel 3. Chereische samei:stelling v66r en laagsgewijze chemische samenstelling naontzilten met IJsselmeerwater door 48 uren diffunderen ondei constant doorleiden van stikstof. Verhouding g droge grond : ml vloeistof = 1 : 25. Monsternummer 126873 a.
V66r of
zochte-
na
laag
d1f-
fun-
In mm.
deren
v66r
100 g stoofdroge grond bevatten
Onder-
-
Oplosbaar in HC1 o,l n mg K2°
mval K
mval
Verhoudlng der uitwlsselbare katronen
mval per liter IJsselmeerwater
mval ultrlsselbare katlonen
ads.
Cap'
~a
Mg
K
Na
NH4
Som
Ca
I
Mg
'
K
Na
I
206
4.38
39.4
5.0
14,5
3,65
14.5
0,74
38,4lS,O
37,8l5,5 37.8
I
Na
0-23
145
3.09
39,7
6,9
17,2
2.81
11.7
0,64
39.3 17.6
43.9
7,2
Na
23-46
194
4.12
39,6
4,7
15,7
3,34
14,1
0,62
38,512.2
40,8
8,7 36,7
Na
46-69
214
4,54
39,5
4,9
14,3
3.52
14,7
0.63
38,l 12.9
37,5
9.2
20,7
38,7
NH4
1,9
Ca
4,43
Mg
K
1,53 0.23
Na
NH
4
5.89
0,00
17.3
0.15
1,6 1.6 !4,55 3,29 1.7
0,57
-
19
-
. .-;:
Tabel 4.
..
Chemische samenstelling vbbr en na ontzilten met IJsselmee~aterdoqr percoleren.
~epercoleerd
Mon-
of
IJsselmeer-
ster
na
water.
Vbbr
per-
ln
coleren
1.
V66r
-
Na
1
Na
2
Na
3
Na
4
No.
100 g stoofdroge grond bevetten
mval
dr0ge126873 a h . grond a of cap. ml vloer b stof
50
"lm
1'200
Verhoudlng der ultwlsselbare katlonen
mval u~tw~sselbare kztionen
Ca
Mk!
K
Na
Sou
NH4
K
37,8 9,5 37,8 34,7 8,5 36,7
1,9 6.16
37,5
5.00
14,5
3,65
14.5
0,74
38.4
13.0
b
27.2
5,10
9.60
2.35
10,l
0.48
27.6
18.4
a
55.3
13.3
14,9
3.96
7.07
0.51
39,7 33.4
b
30,4
15.6
5,8
1,ll
2,21
0.20
24.9
62.5
23,3 4,5
a
51.3
20.6
11,O
2.47
2,72
0,17
37.0
55,s
29.7
b
32.4
17.3
5,l
0,96
1.98
0.16
25,5
67.8
20'0
a
37.1
22,4
10.3
2.37
2.71
0,38 38.2
b
31.0
18,6
5.3
0,86
2,10
0,22
9.0 mlslukt
2.37
b
30.8
24.5
2.42
1,Ol 2,56
27.1
I
i
s
l
NH4
Mg
K
Na
NU4
2,520.34
7.42
0,01
1,7
5,69 2.510,31
9.68
0,00
1,3
5,03 7,200,98
32.9
O,11
8,9
0.8
3.85
5,230,80
21.8
0,08
6,7
7,3
0.5
5.13
5,460.75
20.8
0,05
3,s
7.8
0.6
4.89
4,130.56
16.1
0,Ol
58,7 27.0
6.2
7,l
1.0
5.43
4,620,63
16.1
0,00
68,7
3.2
7.7
0.8
5,32
3,560.52
13.7
0,03
5,63 4,200.56
13.0
0,02
5.76
12.5
0,07
10,017,8
19,6
63,4 23,3 6,l
0,36138.7 m
Ca
Mg
39,4
38,8
Na
Ca
a
a
mval per Liter IJsselmeerwater
u
k
6,3 0.9 t
3.43 0,46
Chemische samenstelling vbbr en na ontzilten met IJsselmerrater en gedemineraliseerd water door gedurende 16 uren roteren.
Literatuur
Ente, P.J. 1971. Initiele bodemvorming met betrekking tot koolzure kalk en fosfaat. In: Aspecten van het onderzoek in Oostelijk Flevoland, Van Zee tot LandNo. 49,
' s-Gravenhage. Hofstee, J. 1966. Analysemethoden voor grond, gewas, water en bodemvocht. Rijksdienst voor de IJsselmeerpolders, Kampen.
1966. Toelichting op de analysemethoden voor grond, gewas water en bodemvocht. Rijksdienst voor de IJsselmeerpolders, Kampen.
1972. Some characteristics of young sediments along thecoast bordering the Dutch Wadden Shallows, Soil Science, Vol. 113, No. 6. Molen, W.H. van der. 1958. The exchangeable cations in soils flooded with sea water. Pr~efschrift~Wageningen. Smits, H. et . al. 1962. De fysische, chemische en microbiologische rijping der gronden in de ~~sselmeer~blders; Van Zee tot land No. 32, Zwolle.
