Waterplanten en Waterkwaliteit Leon van den Berg Moni Poelen Monique van Kempen Laury Loeffen Sarah Faye Harpenslager Jeroen Geurts Fons Smolders Leon Lamers
Platform Ecologisch Herstel Meren Vrijdag 11 oktober 2013, Den Bosch
Voedingsstoffen zijn sturend!
Oligotrofiëring
Nutriënten
Eutrofiering
atmosfeer Oppervlakte water
Naast input van buiten Is er ook interne eutrofiering SO42-
reductie
alkaliniteit,
SO42-
grondwater
Fe
sulfide
eutrofiering HPO42NH4+
reductie
alkaliniteit,
sulfide
HS- tox. Fe defic.
FeSx Fe ~ P
mineralisatie
Belangrijke abiotische stuurvariabelen waterplanten: - Beschikbaarheid nutriënten (water / bodem) - Water, substraat, diepte - Licht, temperatuur, expositie, stroming - Beschikbaarheid anorganisch koolstof (CO2 / HCO3- in water, CO2 in bodem, CO2 in atmosfeer) - Beschikbaarheid zuurstof in bodem - Toxines
Belangrijke biotische stuurvariabelen waterplanten: - Competitie
- licht (o.a. algen, epifyten) - nutriënten, koolstof - ruimte
- Begrazing en andere biologische/fysische verstoringen - Bodemomwoeling - Allelopathie - Infecties
Waterkwaliteit N, P, Alkaliniteit, CO2 Turbiditeit, etc
Waterplanten
Waterkwaliteit N, P, Alkaliniteit, CO2 Turbiditeit, etc
Waterplanten
De invloed van planten op de waterkwaliteit Opname van nutriënten door planten Afgifte van nutriënten door planten (afbraak + lekken) Effecten van planten op zuurstofhuishouding en redoxpotentiaal in de bodem Effecten van planten op de pH (fotosynthese!) Afgifte van allopathische stoffen door planten
Veldstudie Opname van nutriënten door planten P in planten (gP/kg Droge stof)
kroos
ondergedoken waterplanten
14 12 10
R² = 0.3051
8 6 4 2 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
P in bodemvocht (mgP/L)
- opname van stikstof en fosfor vaak colimiterend maar ook limitatie door CO2 (laag totaal C, of hoog totaal C maar weinig CO2) en licht
Van den Berg et al 2012
Opname ammonium (µmol/gDW/uur)
Experiment
Tijd (uur)
Limitatie door CO2 gebrek maar ook door enzymkinetiek Fritz et al, 2014
Afgifte van stoffen door planten Afbraak Planten
Water
Ca-PO4
Organische fractie
mineralisatie
PO4
Al-PO4
Fe-PO4 Adsorptie/desorptie
Elektronen acceptoren SO42-, NO3-, Fe(III) N2
Decompositie Organisch materiaal
S2FeS Fe(II)
Fe(O)OH
NH4 CH4
PO4
CO2
HCO3
afgifte
(alkaliniteit) stimulatie reactie met
CaCO3
co-precipitatie met of adsorbtie
Gemiddelde gewichtsverlies na 180 dagen (%)
Afbraak van waterplanten 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Smalle waterpest
Waterviolier
Klein Kroos
Aarvederkruid
Afbraak van waterplanten Smalle Waterpest
Waterviolier
Aarvederkruid
klein Kroos
Totaal P totaal in dePwaterlaag (µmol/L) in waterlaag (umol/L)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Nov
Dec
Dec
Jan
Feb
Feb
Mar
Apr
Na 70 dagen ongeveer 90% van alle P uit de planten verloren !! Van den Berg 2012
P Mobilisatie naar waterlaag (mgP/kg vers materiaal /dag)
16 14 12 10 8 6 4 2 0
Verschillend per plantensoort maar rond 8-10 mgP/kg Vers/dag over eerste 70 dagen Geurts en van den Berg 2012
Wat betekent dit voor een plas: casus Oldambtmeer • Veel plantenwoekering • In 2011 maaien: 1000 ton vers materiaal van ongeveer 400 ha ofwel 2500 kg Vers/ha • Dat is 1405 g P/ha ! (gebaseerd op gemiddelde P gehalte waterpest) • Mocht daarvan 90% vrijkomen dan is dat 1264 g P/ha over 70 dagen • Dat is per dag 18 g = 1,8 mgP/m2/dag!
PO43-(mg/l P) 0.1
2004
2005
2007
2006
0.08
0.06
0.04
0.02
0 Jan Mar May
Jul
Sep Nov
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
Jan Mar May
Jul
Sep Nov
-0.02 Helaas is seizoen dynamiek niet altijd duidelijk en spelen andere processen een rol Data Loenderveense plassen (Gerard ter Heerdt)
Effecten van planten op de zuurstofbeschikbaarheid
Experiment Effecten van planten op de zuurstofbeschikbaarheid
Waterlaag
Bodem 25 cm
Zuurstofprofielmetingen elke 1 cm
Controle Grof Hoornblad Waterpest
• Gemeten in de ochtend = fotosynthese nog niet op gang • Omslagpunt naar zuurstofloosheid al op 5cm (vanaf waterlaag) Harpenslager & Geurts in prep
Controle Grof Hoornblad Waterpest
• Gemeten in de middag = fotosynthese maximaal • Omslagpunt naar zuurstofloosheid op 15cm (vanaf waterlaag) Effecten op pH van het water!! (CO2 verbruik) Harpenslager & Geurts in prep
monsterpunten
Experiment Effecten van kroosdek op de zuurstofbeschikbaarheid
O2 in waterlaag onder kroosdek
• In het donker zonder planten geen fotosynthese en weinig zuurstof • In het licht zonder planten algengroei en fotosynthese (dus zuurstof) • In het licht met een kroosdek weinig algen en zuurstof verdwijnt naar atmosfeer • In de bovenste laag van de onderwaterbodem zijn de concentraties verder gedaald naar 0% Van den Berg 2012
Theorie De effecten van zuurstofbeschikbaarheid op het vrijkomen van nutriënten
Niet functionerende IJzerval (O2 )laag PO 34
of
Redoxpotentiaal laag
Experiment De effecten van zuurstofbeschikbaarheid op het vrijkomen van nutriënten 12
O2 (mg/L)
10 8
Twee bodemtypen Klei + Veen
6 4 2 0 MIX
N2
O2 Van den Berg 2012
3.5
3
3
2.5
P nalevering (mg/m2/dag)
P nalevering (mg/m2/dag)
Resultaten
2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5
MIX
N2
klei
O2
2 1.5 1 0.5 0 MIX
N2
O2
veen
Sterke stimulatie van de P-nalevering door zuurstofloosheid!!! Van den Berg 2012
P nalevering (% van maximum)
Zuurstof (mg/L)
Van den Berg 2012
Ondergedoken waterplanten nemen toe als gevolg van: • Helder worden van het water • Hoge beschikbaarheid van nutriënten! wat nu? is dit gewenst/ongewenst?
Experiment Groei van verschillende plantensoorten in bassins met verschil in -substraten (en dus interne P-fluxen) -externe aanvoer PO43-
P flux bodem
P nalevering
Hoog
P flux water
Laag
P binding
van Kempen et al in prep
P flux bodem
P nalevering
Hoog
P flux water
Laag
P binding
van Kempen et al in prep
P flux bodem
P nalevering
Hoog
P flux water
Laag
P binding
van Kempen et al in prep
Anabaena azollae
Symbiose maakt dit proces langdurig mogelijk: geen N limitatie van Kempen et al in prep
Toepassingen Azolla (N en P rijk) uitmijnen van landbouwgronden -Experiment: 3 jaar Azolla kweek op een geïnundeerde zandige kleibodem van een maisakker uit de Mariapeel 4840, 4100 en 3765 kg droge Azolla biomassa per jaar (vochtgehalte 95±1%) per hectare = hoeveelheid P nodig om één hectare maisakker tot een productie van 6-9 ton mais te laten komen
Conclusies • Waterplanten hebben directe invloed op nutriënten in de waterlaag door opname en afgifte (via afbraak). Dit effect kent een seizoen dynamiek maar deze is niet altijd terug te meten in het veld • Fluxen kunnen zeer groot zijn • Waterplanten hebben een groot effect op de zuurstofbeschikbaarheid in de waterlaag en in de bodem (direct via fotosynthese en respiratie en indirect via afbraak) wat weer een groot effect heeft op de nutriënten samenstelling van het water
Dank voor uw aandacht!
