WaterWater- en waterbodem: de IJZERVAL Processen Beheer: suppletie Effectiviteit Risico’ Risico’s
Leon Lamers Onderzoekcentrum BB-Ware Aquatische Ecologie & Milieubiologie IWWR, Radboud Universiteit Nijmegen
Randvoorwaarde herstel: troebel systeem weer helder krijgen Helder
2 1 Troebel Nutrientenbelasting Categorie 1: Brongerichte maatregelen: externe én interne bronnen Categorie 2: maatregelen voor omslag door ingreep in trofische interacties interacties
Jaarsma et al. Van helder naar troebel… en terug
Schindler Science 1974
Diepe meren (>6-10 m): stratificatie (dimictisch)
Ondiepe meren: geen stratificatie (monomictisch) (behalve bij vegetatie)
inlaat, inspoeling, atmosfeer, overige bronnen
1 fosfaat, nitraat, ammonium bicarbonaat sulfaat, chloride
2
bicarbonaat, sulfaat, chloride nitraat, ammonium, fosfaat
grondwater
IJZER calcium
baggervorming
eutrofiëring fosfaat ammonium, nitraat
3
4
7
5
6
Fe ~ P Ca ~ P Al ~ P klei ~ P afbraak organisch stof
mineralisatie organisch P, N
8
Meting sleutelfactoren en -processen Indicatoren; nutriëntenbalans, optimale maatregelen, voorspelling
mg P m-2 d-1
Naardermeer
+SO42-
mg P m-2 d-1
Westland sloten
+SO42-
Poelen et al. H2O 2011
Poelen et al. H2O 2011
P in sediment: •Opgelost (PO4 en organisch P) •Onopgelost: ijzer:
Fe hydroxiden strengiet vivianiet
Fe (OOH) ~ P FePO4 Fe3(PO4)6 8H2O
aluminium:
Al hydroxide varisciet
Al(OH)3 ~ P AlPO4
calcium
hydroxy apatiet Ca10(PO4)6 OH2 monetiet CaHPO4 calciet CaCO3~ P
klei
klei ~ P
organisch
labiel refractair
P-concentratie (µmol g-1) 50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0 De Deelen 218
De Deelen 795 De Deelen 796
Fe/Al gebonden Ca gebonden Organisch gebonden Labiel
De Deelen 239
Terra Nova P1 Terra Nova P2 Terra Nova P3
Westbroek 27
Geurts et al. OBN Laagveenwateren
Westbroek 28 Westbroek 31 Westbroek 32 Ilperveld A Ilperveld B Ilperveld C Het Hol
(Fe:P ≈ 6 mol/mol) Jensen et al. Hydrobiol 1992
Terra Nova LP01
Pioniers:
Wilhelm Einsele, Arch Hydrobiol 1936 Uber die Beziehungen des Eisenkreislaufs zum Phosphatkreislauf im eutrophen See
Clifford M. Mortimer, J Ecol 1941 The exchange of dissolved substances between mud and water in lakes
PO4
Fe ~ PO4
Fe 3+
Fe 2+
PO4
PO4
Energie veel
Fe2+ H2S weinig
low laag (<50%)
afbraaksnelheid Decay Rate org. stoffen
hoog high
Smolders et al., 2006 Geurts et al. Water Research 2010
Fe:PO4 bodemvocht > 1 mol/mol Totaal Fe:P bodem > 10 mol/mol (18 g/g)
Smolders & Roelofs New Phytol 1996
µmol/l 0
50
100
150
200
250
300
Phosphate Phosphate Iron
Pore water concentrations
574
Polen
Westbroek
Botshol
Wapserveen
Het Hol
Uddelermeer
Ilperveld
Weerribben
De Deelen
Terra Nova
Alde Feanen
Zijdelmeer
W.J.veld
Waterland
0
16,7 mg/l Fe 28,5 1 mg/l PO4 28,5 mg/l PO4
Geurts et al. Water Research 2010
Geurts & Lamers OBN Laagveenwateren
Ierland
Geurts et al. Water Research 2010
100
Cover % Red List species
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.0
0.1
1.0 10.0 100.0 log (pore w ater Fe/PO4)
1000.0
10000.0
Geurts et al. Water Research 2010
Organische P-fractie afbraak
+ Labiele P-fractie
-
Waterlaag
+
Fe-gebonden P-fractie
Smolders, Lamers, et al. Biogeochemistry 2001
Boers et al Hydrobiol 1992
P aanvoer te hoog
Fe injectie
Smolders et al Freshw Biol 1995
S aanvoer te hoog
Inlaat
Weerribben open petgat ‘82-’92 ‘98
Water HCO3SO42Cl PO43-
3 1.5
2 0.3
3 0.5 -1.5
2
1.5 0.2 1 0.3
3
30
(mmol L-1) 1 (µmol L-1)
Sediment water Fe PO43-
(µmol L-1) 25 3
Fe: PO43-
0.1
10
Organische P-fractie
+
alkaliniteit
+
afbraak
+
sulfaat sulfaat
+ Labiele P-fractie
Inlaat alkalien en sulfaatrijk water
+
+
Fe-gebonden P-fractie
Waterlaag
anaerobie
pH daling NH4 mobilisatie
Smolders, Lamers, et al. Biogeochemistry 2001
IJzer kan giftig zijn
Liesgras
krabbescheer 500 µmol Fe L-1
Smolders & Roelofs New Phytol 1996 Van der Welle et al Freshw Biol 2007
800
2500 µmol Fe L-1
Lucassen et al. Aquat Bot 2000
Iron added g/m2 Dotterbloem, ook voor Spits fonteinkruid Van der Welle et al Sc Tot EN 2008 Van der Welle et al EnvToxChem 2006
Geurts et al. OBN Laagveenwateren
Fe ~ PO4
Fe ~ PO4
Fe ~ PO4
Fe ~ PO4
Fe ~ PO4
Fe ~ PO4
Fe ~ PO4 Fe ~ PO4
Lamers et al. subm.
Conclusies 1.IJZERVAL 1.IJZERVAL en ijzerijzer-fosfaatbinding: natuurlijk defosfateringsmechanisme 2.IJzer 2.IJzer ontgiftigt sulfide 3.Bekend 3.Bekend sinds een eeuw; ‘t werkt 4.Methode 4.Methode belangrijk (incl. voorkomen verzuring) 5.Risico 5.Risico’’s redoxgevoeligheid: anaerobie, anaerobie, gevoelig voor sulfaat (sulfide) 6.Risico 6.Risico ijzertoxiciteit bij hoge concentraties 7.Risico 7.Risico woekering snelgroeiende waterplanten 8.Duurzaamheid 8.Duurzaamheid afhankelijk van snelheid aanvoer en mineralisatie P en S 9.Duurzaamheid 9.Duurzaamheid afhankelijk van menging in sediment 10.Theoretisch 10.Theoretisch te berekenen hoeveel Fe, praktijk wat weerbarstiger
WaterWater- en waterbodem: de IJZERVAL Processen Beheer: suppletie Effectiviteit Risico’ Risico’s
Dank!
