BODEMBREED INTERREG Verkenning van bodemsensoren voor de landbouw

Transcriptie

1 BODEMBREED INTERREG Verkenning van bodemsensoren voor de landbouw Wageningen, 2012

2

3 BODEMBREED INTERREG Verkenning van bodemsensoren voor de landbouw Wageningen, 2012

4 AUTEURS MC Hanegraaf, V Suresh Waghdhare, H van der Draai, MJG de Haas & DW Bussink Met dank aan: W Hoogmoed (Wageningen University), M Sultan (Wageningen University), F. van Egmond (Medusa), R Koomans (Medusa) & H den Ouden (Nieuwland Geo Informatie). Deze publicatie is beschikbaar via en Citatie: MC Hanegraaf, V Suresh Waghdhare, H van der Draai, MJG de Haas & DW Bussink (2012) Verkenning van bodemsensoren voor de landbouw. Interreg project BodemBreed 93 pp. Aansprakelijkheidsbeperking Deze publicatie werd met de meeste zorg en nauwkeurigheid opgesteld. Ondanks de geleverde inspanningen kan dit echter niet garanderen dat de ter beschikking gestelde informatie steeds volledig, juist, nauwkeurig of bijgewerkt is. De gebruiker van deze publicatie ziet af van elke klacht tegen het Nutriënten Management Instituut, haar medewerkers of de partners van het Interregproject BodemBreed, van welke aard ook, met betrekking tot het gebruik van de via deze publicatie beschikbaar gestelde informatie. In geen geval zullen het Nutriënten Management Instituut, haar medewerkers of de partners van het Interregproject BodemBreed aansprakelijk gesteld kunnen worden voor eventuele nadelige gevolgen die voortvloeien uit het gebruik van de via deze publicatie beschikbaar gestelde informatie. nutriënten management instituut nmi bv postbus ag wageningen binnenhaven pd wageningen tel (088) fax (088) nmi@nmi-agro.nl internet

5 1 INHOUDSOPGAVE Voorwoord 3 Gebruikte afkortingen 5 Samenvatting 7 1 Inleiding Vraag naar adviessystemen op basis van sensoren voor bodemkwaliteit Doelstelling van de verkenning Optimalisering van monitonringssystemen Werkwijze voor de verkenning Leeswijzer 12 2 Bouwvoorbodemkunde en grondbewerking Inleiding Bodemeigenschappen Draagkracht Verkruimelbaarheid Structuurstabiliteit Bodemkenmerken en parameters Inleiding Textuur Bulkdichtheid Vochtgehalte Organische stof en aggregaatvorming Overige parameters 23 3 Quickscan van bodemsensoren Opzet Resultaten Elektrische en elektromagnetische straling Gammastraling optisch en radiometrisch Overige Discussie en selectie 33

6 2 4 Proefveldonderzoek Inleiding Materiaal en metoden Overzicht resultaten Algemene discussie 50 5 Ontwikkeling proof of concept RhoC/TDR Bulkdichtheid Indringingsweerstand EM Textuur Bulkdichtheid Indringingsweerstand NIRS Verkruimeling 62 6 Effecten van grondbewerking op fysische aspecten van bodemkwaliteit Interpretatie van de klassieke meetgegevens Beoordeling fysische bodemkwaliteit Korte en lange termijn effecten van grondbewerking Is de verkregen kennis bruikbaar voor de praktijk? 74 7 Conclusies en aanbevelingen 77 Literatuur 81 Literatuur Quickscan 83 Bijlage 1. Kwantitatieve relaties tussen bodemparameters en bodemeigenschappen 85 Bijlage 2. Quickscan van sensoren 89 Bijlage 3. Regressievergelijkingen EM38 93

7 3 Voorwoord In opdracht van de projectgroep van het Interreg project BodemBreed is een verkenning uitgevoerd naar de mogelijkheden om bodemsensoren in te zetten voor het meten van, en het adviseren over bodemstructuur en bewerkbaarheid. Dit rapport geeft de resultaten van het uitgevoerde literatuuronderzoek en beschrijft de gemaakte verkenning. Op verzoek van de projectgroep is ook enige aandacht besteed aan de effecten van verschillende vormen van grondbewerking op de bodemstructuur en bewerkbaarheid. Het werk is op enthousiaste wijze aangestuurd en begeleid door de projectgroep, die de samenwerking met vele andere betrokkenen bij BodemBreed faciliteerde. Vanaf deze plaats bedank ik de heer Gerard Meuffels (PPO) en de heer Dieter Cauffman (PIBO Campus) voor hun samenwerking bij de proefveldonderzoek en de heer Paul Belder (LBI) voor het uitwisselen van bodemgegevens. Veel dank is verschuldigd aan de heer Jona Lambrechts (provincie Limburg, België), de heer Jan Valckx (provincie Limburg, België), mevrouw Martien Swerts (Vlaamse Overheid, Albon), de heer Maarten Huybrechts (Boerenbond België), de heer Gido Lemmens (Arvalis), de heer Bert Reubens (ILVO) en mevrouw Mieke Vandermersch (Provincie Vlaams-Brabant) voor hun bijdrage aan de totstandkoming van dit rapport. De verantwoordelijkheid voor de inhoud van dit rapport berust geheel bij de auteurs. Marjoleine Hanegraaf Projectmanager NMI

8 4

9 5 Gebruikte Afkortingen AGD BD CEC ECa Aggregaat Grootte Distributie BulkDichtheid Cation Exchange Capacity (kationen uitwissel capaciteit) Elektrical Conductivity (elektrische geleidbaarheid) HM Horizontale Modus (EM 38) HWC IW IDW MC NIRS NKG OS R&D s.e. SI TDR VM Hot Water extractable Carbon (heet water extraheerbare koolstof) Indringingsweerstand Inverse Distance Weighing (omgekeerde afstand wegend) Moisture Content (vochtgehalte) Near Infra Red Spectroscopy (nabij infrarood spectroscopie) Niet-Kerende Grondbewerking Organische Stof Research & Development (onderzoek& ontwikkeling) Standard error (standaard fout) Standard International (internationale standaard) Time Domain Reflectometry (tijd domein reflectrometrie) Verticale Modus (EM38)

10 6

11 7 Samenvatting Technisch gezien is de oorzaak van een matige bodemkwaliteit in minerale gronden vaak gelegen in fysische aspecten van de bodemstructuur, waaronder verdichting en erosiegevoeligheid. Dit kan direct tot uiting komen bij de zaaibedbereiding maar ook tijdens gewasontwikkeling en/of later bij de oogst. Agrariërs zoeken daarom naar wegen om meer dan voorheen rekening te houden met de bodemkwaliteit in een perceel en hebben behoefte aan adviezen over de bewerkbaarheid en de bodemstructuur van percelen. Met de snelle ontwikkelingen op het gebied van sensoren is het in principe mogelijk om dergelijke zaken te meten. Dit kan op termijn leiden tot adviezen voor de teelt waarmee gewasopbrengst en -kwaliteit kunnen toenemen. Een consortium van 11 Belgische en Nederlandse partners voert het project BodemBreed uit dat is gericht op het verduurzamen van het landbouwkundig bodemgebruik in de Belgische provincies Antwerpen, Vlaams-Brabant en Limburg en de Nederlandse provincie Limburg. Doel van het project is het versterken van de kennis en inzichten van de bodem als samenhangend geheel, op zodanige wijze dat de landbouwer met aangepaste en/of nieuwe maatregelen aan de slag kan. In opdracht van BodemBreed verkent NMI de mogelijkheden voor de ontwikkeling van adviessystemen op basis van bodemsensoren. Doelstelling van de opdracht Optimalisering van monitoringssystemen is het maken van een inventarisatie van reeds bestaande technieken (literatuurstudie) voor bodemmetingen en de inzet en doorontwikkeling van bestaande technieken met metingen in het veld. De centrale kennisvraag in deze verkenning is: Kunnen bodemsensoren bruikbare informatie leveren over de bewerkbaarheid van landbouwgrond? Om deze vraag te beantwoorden is literatuur en veldonderzoek uitgevoerd. In de eerste fase van de verkenning is een overzicht gemaakt van relevante aspecten van fysische bodemkwaliteit. Hierbij is vooral aandacht besteed aan de aspecten die van invloed zijn op de bewerkbaarheid en berijdbaarheid van zand- leem- en lössgronden. Vervolgens is een inventarisatie gemaakt van bestaande bodemsensoren en monitoringstechnieken (quickscan), waarbij de geschiktheid van de sensoren om de fysische bodemkwaliteit te meten getoetst is aan de hand van enkele criteria. Uit de meest geschikte sensoren is een keuze gemaakt voor aanvullend veldonderzoek. Tijdens de tweede fase van het project zijn met sensoren metingen gedaan op een drietal bestaande proefvelden in het werkgebied van BodemBreed. Op elk van deze proefvelden worden verschillende vormen van grondbewerking (waaronder NKG) toegepast. Hoofddoel van het veldonderzoek was het toetsen van het proof of concept van de sensoren RhoC/TDR, EM38 en NIRS voor toepassing in de bodem. Onderdeel hiervan was de calibratie en validatie van sensormetingen

12 8 met die van klassieke bepalingen van bodemparameters (bulkdichtheid, textuur, indringingsweerstand en Hot Water-extractable Carbon (HWC)). Aanpalend is enige aandacht besteed aan de effecten van de verschillende vormen van grondbewerking op aspecten van de fysische bodemkwaliteit. Aanname bij het onderzoek was dat de dataset als geheel geschikt zou zijn voor calibratie en validatie van de beoogde verbanden. Dat bleek niet het geval, omdat er voor vrijwel alle bodemparameters significante verschillen bestonden tussen de locaties. Dit maakte het niet mogelijk om generieke verbanden af te leiden. Het bleek wel mogelijk om enkele locatiespecifieke verbanden af te leiden en te valideren, bijvoorbeeld tussen de bulkdichtheid en de RhoC; indringingsweerstand en RhoC; textuur en EM38; bulkdichtheid en EM38. Geen verband kon worden vastgesteld tussen aggregaat grootte distributie en HWC, evenmin bleek het mogelijk om HWC te schatten uit een met NIRS opgebouwde calibratieset. Meting van HWC met NIRS bleek wel mogelijk, maar de calibratieset bevatte onvoldoende data van gronden die vergelijkbaar zijn met de in dit onderzoek betrokken percelen. Voordat het tot ontwikkeling van adviessystemen kan komen is er nog een lange R&D-weg te gaan. Belangrijk leerpunt uit het onderzoek is dat grotere datasets nodig zijn om verbanden tussen sensoren en bodemparameters aan te tonen. Een werkmodel voor nieuw onderzoek zou kunnen zijn: 1) sensoren calibreren en valideren in enkele percelen die dicht bij elkaar liggen, met weinig verschillen (in textuur, topografie, management) en met veel meetpunten per perceel; 2) ontwikkelen van meer algemeen geldende verbanden.

13 9 1 Inleiding 1.1 Vraag naar adviessystemen op basis van sensoren voor bodemkwaliteit Gewasopbrengst en -kwaliteit variëren vaak sterk op percelen met een grote variatie in bodemkwaliteit. In de tweede helft van de 20 e eeuw wist men de landbouwproductie te verhogen door onder andere een intensieve grondbewerking en een relatief hoge bemesting. Europese wetgeving (Nitraatrichtlijn) heeft geleid tot beperkingen in het mineralengebruik, waardoor het belang van een goede bodemkwaliteit is toegenomen. Technisch gezien is de oorzaak van een matige bodemkwaliteit in minerale gronden vaak gelegen in fysische aspecten zoals de bodemstructuur, waaronder verdichting en erosiegevoeligheid. Dit kan direct tot uiting komen bij de zaaibedbereiding maar ook tijdens de gewasontwikkeling en/of later bij de oogst. Agrariërs zoeken daarom naar wegen om meer dan voorheen rekening te houden met de bodemkwaliteit in een perceel en hebben behoefte aan adviezen over de bewerkbaarheid en de bodemstructuur van percelen. Met de snelle ontwikkelingen op het gebied van sensoren en de introductie van GPS-plaatsbepalingstechnieken is het in principe mogelijk om dergelijke zaken te meten. Dit zal leiden tot plaatsspecifieke adviezen voor de teelt waarmee gewasopbrengst en - kwaliteit kunnen toenemen. Dit althans is het beeld dat veel agrariërs en adviseurs voor ogen hebben. In de praktijk is het voor telers echter vaak onduidelijk welke waarde en betekenis nieuwe monitoringstechnieken kunnen hebben en of ze ook voldoende betrouwbare informatie opleveren voor de bedrijfsvoering. De toepassing van sensoren als managementinstrument betreft vooralsnog vooral gewassensoren; bodemsensoren zijn nog in ontwikkeling. Het zichtbaar maken van de bodemvariatie in kaartvorm is de meest bekende toepassing. Veelal denkt men dat dit alleen geschikt is in precisielandbouw, maar dat hoeft niet het geval te zijn. In theorie zou men met een bodemsensor snel verschillen in de bewerkbaarheid van percelen kunnen vaststellen, om op basis daarvan verdere beslissingen te nemen. Een andere mogelijke toepassing is de ontwikkeling van plaatsspecifiek bodembeheer, met als doel elk deel op de beste manier te bewerken. Vraag van deze studie is of sensoren de klassieke grondanalyse kunnen vervangen of aanvullen, en hoe de resultaten kunnen worden geïnterpreteerd. Ook is er behoefte aan informatie over reeds beschikbare adviezen op basis van de sensorgegevens en over de kosten en baten van het gebruik van sensoren. Uit onderzoek binnen het Nederlandse project Kennis Op De Akker 15 bleek dat voor vrijwel alle sensortoepassingen geldt dat er sprake is van een leerproces, zowel vanuit het oogpunt

14 10 van R&D als van de landbouwer die met de nieuwe techniek aan de slag wil. Aangezien de technieken al behoorlijk ver zijn ontwikkeld voor gewassensoren, zal daar de focus moeten liggen op het interpreteren en vertalen van de gegevens naar praktijkmaatregelen voor de teler. Voor bodemsensoren echter staat de ontwikkeling van de technieken zelf, en de toepassing in het veld, nog in de kinderschoenen. 1.2 Doelstelling van de verkenning Optimalisering van monitoringssystemen Een consortium van 11 Belgische en Nederlandse partners voert het project BodemBreed uit dat is gericht op het verduurzamen van het landbouwkundig bodemgebruik in de Belgische provincies Antwerpen, Vlaams-Brabant en Limburg en de Nederlandse provincie Limburg. Doel van dit project is het versterken van de kennis en inzichten van de bodem als samenhangend geheel, op zodanig wijze dat de landbouwer met aangepaste en/of nieuwe maatregelen aan de slag kan. De deelaspecten waaraan, vanuit het perspectief van een duurzame land- en tuinbouw, aandacht wordt besteed zijn bodemvruchtbaarheid (chemisch, fysisch, biologisch), bodemweerbaarheid en erosiebeperking. Vanuit het project BodemBreed is een zevental acties benoemd om het innovatieproces tot stand te brengen. Inzicht in de effecten van landbouwkundige maatregelen op de bodemkwaliteit is van belang voor zowel de praktijk (landbouwers, onderwijs, voorlichting en onderzoek) als het beleid (regionale overheden, waterschap). Doelstelling van de 2 e actie is het in kaart brengen van innovatieve ontwikkelingen in monitoringstechnieken en zo mogelijk het operationeel maken / uittesten ervan in de praktijk. In opdracht van BodemBreed verkent NMI de mogelijkheden voor de ontwikkeling van adviessystemen op basis van bodemsensoren. Doelstelling van de opdracht Optimalisering van monitoringssystemen is het maken van een inventarisatie van reeds bestaande technieken (literatuurstudie) voor bodemmetingen en de inzet en doorontwikkeling van bestaande technieken met metingen in het veld. In deze verkenning staan de volgende kennisvragen centraal: 1. Kunnen bodemsensoren bruikbare informatie leveren over de bewerkbaarheid van landbouwgrond? 2. Is de verkregen kennis voldoende praktijkrijp voor het nemen van beslissingen over de verschillende vormen van grondbewerking? 1.3 Werkwijze voor de verkenning Het project Optimalisering van Monitoringssystemen beoogt kennis over adviessystemen voor de

15 11 bewerkbaarheid (in brede zin) van landbouwgronden beschikbaar te stellen en een bijdrage te leveren aan de verdere ontwikkeling daarvan. Met monitoringstechnieken wordt hier specifiek gedoeld op hightech instrumenten die in principe geschikt zijn voor routinematige en kosteneffectieve metingen van één of meer bodem- en gewasparameters in het veld. Het gaat om hightech technieken waarmee verschillen in fysische bodemomstandigheden (vocht, temperatuur, verdichting, organische stof, bewerkbaarheid, berijdbaarheid en bodemgezondheid) kunnen worden opgespoord als ook technieken waarbij gebruik wordt gemaakt van indicatorplanten. Uitgangspunt is dat een focus op alleen de technische aspecten van sensoren en monitoringssystemen voor fysische aspecten van bodemkwaliteit onvoldoende is. Om te komen tot praktijkrijpe sensorgebaseerde adviessystemen is behalve de operationele beschikbaarheid van sensoren ook een kader nodig voor de interpretatie van de meetgegevens waarop concrete adviezen worden gebaseerd. De verwachting is dat voor de huidige generatie bodemsensoren niet alle benodigde kennis beschikbaar is en dat sensoren en/of de adviessystemen moeten worden doorontwikkeld. Het werkproces voor de te maken verkenning bestaat uit een aantal stappen, waarvan de kern wordt gevormd door een beoordeling van het proof of concept van enkele perspectiefvolle sensoren/adviessystemen of het leveren van een aanzet daarvoor. Definitie van een proof of concept is (Wikipedia): A proof of concept or a proof of principle is realization of a certain method or idea(s) to demonstrate its feasibility, or a demonstration in principle, whose purpose is to verify that some concept or theory is probably capable of being useful. A proof-of-concept may or may not be complete, and is usually small and incomplete. A proof of concept of an idea is usually considered a milestone on the way to a fully functioning prototype. In deze verkenning is de gehanteerde werkwijze als volgt. Eerst is een overzicht gemaakt van relevante aspecten van fysische bodemkwaliteit. Hierbij is vooral aandacht besteed aan de aspecten die van invloed zijn op de bewerkbaarheid en berijdbaarheid van zand- leem- en lössgronden. Vervolgens is een inventarisatie gemaakt van bestaande bodemsensoren en monitoringstechnieken (quickscan), waarbij de geschiktheid van de sensoren om de fysische bodemkwaliteit te meten getoetst is aan de hand van enkele criteria. Uit de meest geschikte sensoren is een keuze gemaakt waarvan de inzet en doorontwikkeling is getoetst in het veld. De terreinmetingen hebben plaatsgevonden gedurende in maart en mei 2011, in enkele proefvelden van het project BodemBreed. De resultaten van literatuuronderzoek, quickscan en terreinmetingen zijn gebruikt om

16 12 een proof of concept van enkele adviessystemen te beoordelen en verder uit te werken. Uiteindelijk worden hiervan aanbevelingen afgeleid om voor deze systemen de overstap te maken van R&D-fase naar implementatie in de praktijk. De bodemtypen in het werkgebied van BodemBreed zijn overwegend mineraal (zand- leem- en lössgrond, in mindere mate kleigrond). Deze verkenning is dan ook afgebakend tot de toepassing van sensoren in deze bodemtypen. Omdat elders binnen het project BodemBreed ruim aandacht wordt besteed aan het thema erosiegevoeligheid, wordt dit thema in deze verkenning buiten beschouwing gelaten. Lopende en/of reeds afgeronde deelprojecten binnen BodemBreed zijn de algehele beschrijving van bodemkwaliteit 20, meerdere onderzoeken naar Niet-kerende grondbewerking (in vergelijking met ploegen) en een onderzoek naar Verdichting 13. Het gehele project bouwt voort op de resultaten van het Interregproject Erosiebestrijding. De onderhavige verkenning sluit hierbij aan en maakt, waar mogelijk, gebruik van resultaten uit deze deelprojecten. 1.4 Leeswijzer Hoofdstuk 2 gaat in op de fysische aspecten van bodemkwaliteit, met name in de bouwvoor, en de betekenis daarvan voor de grondbewerking. De begrippen draagkracht, verkruimeling en structuurstabiliteit worden besproken en de rol van bodemkenmerken (onder andere textuur, bulkdichtheid en organische stof) uitgelegd. Hoofdstuk 3 bespreekt de opzet en de resultaten van de quickscan van bodemsensoren. Met twee mind maps wordt een overzicht gegeven van onder andere de kostprijs en de meettechnologieën. Centraal in Hoofdstuk 4 staan de opzet, uitvoering en de algemene resultaten van het veldonderzoek. Eerst is een keuze gemaakt van de te toetsen sensoren (RhoC, EM38, NIRS) en van de klassieke bodemmetingen (onder andere bulkdichtheid, textuur, Hot Water-extractable Carbon). Het veldonderzoek heeft plaatsgevonden op 3 percelen met op elk perceel verschillende vormen van grondbewerking. Hoofdstuk 5 bevat per sensor de calibratie/validatie en statistische toetsing. Hoofdstuk 6 bevat een beknopte beschrijving van de effecten van grondbewerking op bodemparameters. Tenslotte vermeldt Hoofdstuk 7 de conclusies en aanbevelingen.

17 13 2 Bouwvoorbodemkunde en grondbewerking 2.1 Inleiding De bodem als groeimedium voor landbouwgewassen heeft een breed scala van fysische, chemische en biologische kenmerken. Een veelgebruikte definitie van bodemkwaliteit is het vermogen van de bodem om een gezond groeimedium te bieden aan gewassen, die voldoende vocht, zuurstof en nutriënten levert voor het halen van een rendabele productie, bij een acceptabele belasting van het milieu 8. In het kader van BodemBreed is een systematische en uitgebreide beschrijving gemaakt van relevante begrippen en bodemprocessen in de ILVO-studie Bodemkwaliteit en landbouw: een literatuurstudie 20. Aan het thema verdichting is binnen BodemBreed apart aandacht besteed in de literatuurstudie Bodemverdichting op landbouwgrond (Van Holm et al., 2011). Wat betreft fysische bodemeigenschappen blijkt uit deze rapporten dat telers veel belang hechten aan kennis over de optimale draagkracht, de verkruimelbaarheid en de structuurstabiliteit van hun grond. Goede fysische eigenschappen verminderen het risico op erosie en maken een goede technische uitvoerbaarheid van de benodigde werkzaamheden mogelijk. De onderhavige studie bouwt voort op deze kennis door de mogelijke inzet van bodemsensoren te verkennen. Centraal hierbij staan de bodemstructuur en de bewerkbaarheid van de grond, in voor- en najaar (zaaibedbereiding en oogst). Het verkrijgen en behouden van een goede bodemkwaliteit vraagt om bodemmanagement dat naast fysische eigenschappen ook de chemische en biologische eigenschappen bevordert 3,4. Voorbeelden hiervan zijn bekalken (bij een ph-afhankelijke verdichting), het stimuleren van bodemleven (inclusief regenwormen) en de toediening van organisch materiaal. De bewerkbaarheid van grond wordt niet alleen bepaald door dergelijke intrinsieke bodemeigenschappen, maar ook door externe factoren zoals het gewas en de weersomstandigheden. Adviezen voor grondbewerking zullen hier idealiter rekening mee houden. Voor de grondbewerking zelf is een breed scala aan werktuigen beschikbaar die ieder op een andere manier de bodemstructuur trachten te verbeteren. Bekende voorbeelden zijn de ploeg, eg en cultivator. De laatste 10 jaar is veel ervaring opgedaan met andere manieren van grondbewerking, met name de Niet-Kerende Grondbewerking NKG). Hierbij wordt de grond niet gekeerd maar opgetild, of soms zelfs helemaal niet bewerkt. Naast de werktuigkeuze kan een akkerbouwer andere maatregelen nemen rondom de grondbewerking, zoals het zorgen voor een juiste bandenspanning en gebruik maken van goede veldomstandigheden. Als positieve ervaringen met NKG worden een betere bodemstructuur en handhaven van de organische stof (OS) in de toplaag genoemd; bij de

18 14 negatieve wordt onder meer een grote onkruiddruk genoemd. Soms geeft NKG juist meer verdichting. Als belangrijkste aspecten van de fysische bodemkwaliteit in de bouwvoor worden onderscheiden: de draagkracht, de verkruimelbaarheid en de structuurstabiliteit Bodemeigenschappen Draagkracht De draagkracht is afhankelijk van de dichtheid en de vochttoestand. Verdichting van de bouwvoor kan relatief makkelijk hersteld worden door teeltmaatregelen, verdichting van de ondergrond is veelal langdurig (meer dan 10 jaar) en kan slechts moeizaam hersteld worden. Op percelen waar de draagkracht groot genoeg is voor berijding is ook de vochttoestand voor een goede verkruimelbaarheid bereikt. Voor land- en tuinbouw op zand is de draagkracht belangrijk voor de bewerkbaarheid en berijdbaarheid. Er mag hierbij geen verdichting van de bodem optreden in de bouwvoor of ondergrond. Op zavel- en kleigronden stelt de verkruimelbaarheid (zie 2.3) hogere eisen aan de uitdrogingstoestand van de grond dan er voor voldoende draagkracht nodig is. In de literatuur zijn geen vuistregels gevonden om de draagkracht te kwalificeren Verkruimelbaarheid Het begrip verkruimelbaarheid in kwalitatieve zin heeft betrekking op het gemak (de energie) waarmee de grond kan worden gebroken, bij een hiervoor optimaal vochtgehalte. Voor een beoordeling van de verkruimelbaarheid, van belang voor de werktuigkeuze, let men vooral op de bodemaggregaten. De verkruimelbaarheid is afhankelijk van het lutum- en leemgehalte (meer lutum betekent een sterkere binding), het organische stofgehalte (meer OS betekent beter verkruimelbaar) en de ph (zware grond: hogere ph betekent lossere binding). Rekenregels om op basis van deze bodemkenmerken de verkruimelbaarheid te berekenen zijn opgenomen in Bijlage 1a. De lengte van het groeiseizoen wordt bepaald door de tijdstippen in voorjaar- en najaar waarop men op een perceel aan de slag kan. Kenmerken van de bodem (bodemdichtheid en vochttoestand) en van de werktuigen bepalen of de grondbewerking kan plaatsvinden en/of hoe groot de eventuele schade is. Om zo lang mogelijk van het groeiseizoen te profiteren is zaaibedbereiding in het vroege voorjaar gewenst en hiervoor moet de grond voldoende droog zijn om een goede verkruimeling te krijgen en structuurschade te voorkomen. Rooivruchten moeten soms heel laat in het jaar kunnen worden geoogst, waarbij de grond gemakkelijk van het product moet zijn te scheiden zonder rooibeschadigingen. Een goede vochtafvoer is hiervoor belangrijk, want dan is de grond sneller droog. Ondanks een goede vochtafvoer kunnen bij contractteelt toch problemen ontstaan, omdat bij

19 15 te natte omstandigheden moet worden geoogst. Het is dan zaak te weten op welke percelen men het eerst aan de slag kan gaan. Een veelgebruikte indeling in de aggregatie van bodemdeeltjes is gegeven in Tabel 2.1. De kleinste aggregaten zijn micro-aggregaten (kleiner dan 0,002 mm). Deze zijn opgebouwd uit kleideeltjes, organische verbindingen en kationen (aluminium, ijzer, calcium, magnesium, natrium en andere positief geladen deeltjes). Deze micro-aggregaten worden door de uitscheidingsproducten en activiteit van het bodemleven en wortels aaneen gekit tot grotere macro-aggregaten (0,25 mm) en kluitjes. Tussen de bodemdeeltjes kunnen veel poriën (kleine holtes) aanwezig zijn of juist heel weinig. De grootte van de poriën en de verdeling ervan hebben veel invloed op de lucht- en waterhuishouding van de grond. Tabel 2.1. Indeling van aggregatie van bodemdeeltjes 27. Grootte mm Aaneengebonden door < 0,002 mm Van der Waalskrachten tussen kleideeltjes, organische verbindingen en kationen 0,002-0,25 mm Organische verbindingen en uitscheidingsproducten van micro-organismen, voornamelijk bacteriën Hiërarchische orde Microaggregaten Microaggregaten Macroaggregaten Macroaggregaten > mm Organische verbindingen en uitscheidingsproducten van schimmels en bacteriën en wortels >2 mm Schimmeldraden en fijne wortels Structuurstabiliteit Met de term bodemstructuur wordt gedoeld op de onderlinge binding en rangschikking van de minerale en organische bodembestanddelen. De bouwstenen van de bodemstructuur zijn de bodemaggregaten: kluitjes van aaneen gekitte vaste bodemdeeltjes (klei of zandkorrels), organische stof en (meerwaardig positief geladen) kationen. Bij een goede structuur zijn de bodemdeeltjes met elkaar verbonden tot stabiele aggregaten, die intact blijven als de grond bevochtigd wordt. Voordelen van een goede bodemstructuur zijn: in het voorjaar kan men sneller het land op; het gewas heeft minder last van droogte omdat diepere beworteling mogelijk is;

20 16 de beworteling is uitgebreider wat leidt tot een betere opname van voedingsstoffen; de draagkracht van de grond is beter zodat landbouwmachines de gewenste bodem- of gewasbewerking kunnen uitvoeren; en de bodem laat zich goed bewerken. Van een slechte bodemstructuur is sprake bij verdichting, verslemping of het ontbreken van een rulle bodemstructuur. Voor een uitgebreide beschrijving van verdichting en mogelijke meetmethoden wordt verwezen naar de literatuur 28. Verdichting is in zand- en leemgronden belangrijk omdat het niet of slechts gedeeltelijk op natuurlijke wijze herstelt waardoor woelen noodzakelijk is. Dit is echter een noodoplossing omdat bij het woelen van de ondergrond ook de bodemstructuur in de bovengrond wordt verstoord, wat nadelig is voor de bodemkwaliteit in de bouwvoor 16. Bovendien maakt eenmaal woelen de grond gevoelig voor herverdichten en wordt regelmatig woelen noodzakelijk. Verdichting is te meten met de bulkdichtheid, met name aan veranderingen in de bulkdichtheid over de profieldiepte. Een afgeleide van de bulkdichtheid is de packing density ; beide parameters zijn in elkaar om te rekenen 24. Bijlage 1b geeft enkele vuistregels voor het bepalen van de gevoeligheid voor verdichting als functie van de packing density en vochttoestand. Als bodemaggregaten uiteenvallen onder invloed van regen, waardoor de poriën verstopt raken, spreekt men van verslemping. Als een grond verslempt, is er sprake van te weinig binding tussen bodemdeeltjes. Door de inslag van regendruppels ontstaat een schifting van bodemdeeltjes. Daarbij verstoppen lutum- en siltdeeltjes de poriën tussen de zanddeeltjes of de bodemaggregaten. Zo ontstaat een slemplaagje dat na drogen een slempkorst vormt. Dit bemoeilijkt de gasuitwisseling en vochtindringing en verhoogt de weerstand die ontkiemend zaad ondervindt. Gronden met zeer weinig lutum verslempen nauwelijks omdat er te weinig kleine poriën zijn die verstopt kunnen raken. Gronden met een lutumgehalte > 20% verslempen evenmin, omdat de grote binding tussen de bodemdeeltjes dit verhindert 22. De rol van organische stof voor de structuurstabiliteit hangt af van de textuur van de grond. In kleigronden is de functie van organische stof vooral het tegengaan van verdichting (door het in stand houden van water- en luchtgevulde poriën); in zandgronden zorgt de organische stof voor de vorming van kluitjes en aggregaten. De binding tussen de bodemdeeltjes, en daarmee de stabiliteit van de bodemaggregaten, wordt bepaald door chemische (ph, de kationenomwisselcapaciteit CEC (Engels: Cation Exchange Capacity)) en biologische eigenschappen van de bodem (activiteit van onder andere regenwormen, schimmels en bacteriën).

21 Bodemkenmerken en parameters Inleiding In het voorgaande is aangegeven dat de bulkdichtheid, het vochtgehalte, de textuur, het OS-gehalte, het bodemleven, de ph, en, in löss- en kleigronden, ook de CEC, belangrijke bodemkenmerken zijn voor de draagkracht, verkruimelbaarheid en structuurstabiliteit. Deze factoren worden hieronder kort besproken, waarbij de nadruk ligt op kwantitatieve kennis om een bouwvoor te beoordelen. Hierbij ligt het accent op kenmerken en parameters die in het proefveldonderzoek (zie volgende hoofdstuk) aan de orde komen. Referentiewaarden voor de bodemparameters, voor zover beschikbaar uit de literatuur, zijn verzameld in Tabel 2.2 en worden in volgende paragrafen toegelicht. Wat opvalt, is dat sommige parameters gericht zijn op gewasgroei, andere op bodemkwaliteit. Er zijn weinig harde data beschikbaar om de geschiktheid van een grond voor bodembewerking te beoordelen. Zo zou men van de bulkdichtheid graag de grenswaarden willen weten tussen bewerkbaarheid en draagkracht. Tabel 2.2. Referentiewaarden bodemparameters. Bodemparameters Referentiewaarden Bron Bulkdichtheid goede gewasgroei: kg.m -3 1 Indringingsweerstand - max. 2,5 MPa slechte gewasgroei: kg.m -3 - max. 3 MPa HWC mg.kg AGD Kieming: min. 50% aggr. < 5 mm Tegen gaan erosie: min. 50% aggr. > 5-10 mm Vochtgehalte: voor bodembewerking geen referentiewaarden gevonden

22 Textuur Grond bestaat voor een groot deel uit minerale (van niet-organische oorsprong) deeltjes zoals zand en klei. De textuur van een bodem geeft de omvang van de verschillende minerale fracties aan (de korrelgroottesamenstelling). De textuur is een bodemkenmerk dat in principe gedurende vele jaren onveranderd blijft. Uitzondering hierop zijn plaatsen waar sterke erosie heeft plaatsgevonden, zoals in het zuidelijk deel van het projectgebied: het zuiden van de provincies Vlaams-Brabant, Belgisch- Limburg en Nederlands-Limburg. Een belangrijk kenmerk van erosie is dat het gewichtsafhankelijk is: lichte deeltjes worden eerder en verder verplaatst dan zwaardere deeltjes. Erosie is daarom gerelateerd aan de textuur van grond. Het is zeer goed mogelijk dat als gevolg van erosie de onderlinge verhouding van de fracties minerale delen is veranderd. Informatie over de textuur, zoals die op bodemkaarten e.d. te vinden is, is zeer waarschijnlijk verouderd. Ook de organische stofgehalten van percelen kunnen door erosie verlaagd zijn. Het organische-stofgehalte is echter door middel van een routine grondonderzoek goed te bepalen. De textuurbepaling volgens de pipetmethode is arbeidsintensief en daardoor duur; het wordt in Nederland nauwelijks aangevraagd door agrariërs. Bij de Bodemkundige Dienst in België wordt standaard van elk grondmonster bij binnenkomst handmatig een schatting van de textuur gemaakt. Een mogelijk alternatief voor de textuurbepaling, in Nederland, is een schatting van de textuur met een bodemsensor, zoals de EM38. In hoofdstuk 5 wordt nader ingegaan op deze mogelijkheid. Een universele benaming van de textuur bestaat niet; zelfs binnen Nederland zijn er verschillende systemen. Een veelgebruikte textuurindeling voor respectievelijk België en Nederland is gegeven in Tabel 2.3. Tabel 2.3. Korrelgrootteverdelingen in België en Nederland. België (Centrum voor Bodemkartering) 5 Nederland (Stiboka) 25 Fractie Grootte (µm) Fractie Grootte (µm) Zand Zand Leem 2-50 Leem 0-50 Klei 0-2. Lutum 0-2. Slib Sloef Löss Silt

23 19 In het Nederlandse spraakgebruik worden klei en lutum door elkaar gebruikt, aangezien ze dezelfde korrelgrootte aangeven. Kleideeltjes (0-2 µm) hebben een negatieve lading waardoor er via kationbruggen stabiele verbindingen gevormd worden tussen de bodemdeeltjes waardoor er (micro-)aggregaten ontstaan. Deze micro-aggregaten kunnen weer aaneengebonden worden tot grotere aggregaten en kruimels, zodat er uiteindelijk een stabiele kruimelstructuur kan ontstaan. Bij een goede kruimelstructuur zullen er voldoende kleine en grote poriën aanwezig zijn voor een goede voorziening van vocht en lucht. De opbouw van de bodemstructuur en het vochthoudend vermogen van de bodem zijn groter bij hogere kleigehalten. Bij een kleigehalte >15 % worden de gronden zwaarder bewerkbaar: de binding tussen de kleideeltjes is zo sterk dat de bodem bij bewerking niet makkelijk verkruimelt: bij droge omstandigheden blijven er veel grove kluiten en bij natte omstandigheden treedt verdichting op. Uit de tabel blijkt dat in België en Nederland soms dezelfde namen aan andere fracties worden gegeven. De fractie 0-2 µm is de fractie die veel bijdraagt aan fysische bodemeigenschappen (bodemstructuur, CEC, slempgevoeligheid, zwel- en krimpvermogen en vochtbindend vermogen). Een ander onderscheid in de Nederlandse textuur is het gehalte afslibbaar; deze fractie duidt deeltjes aan in de fractie 0-16 µm. De benaming stamt af van de vroeger gebruikte bepalingsmethoden voor verschillende fracties. De fractie afslibbaar was indertijd een norm om de zwaarte (met het oog op de bewerkbaarheid) van een grond aan te geven. Het belang van de sloeffractie komt vooral tot uiting in de fysische eigenschappen van grond. De sloefdeeltjes en de poriën ertussen zijn kleiner dan in zand, en kunnen daardoor een capillaire werking hebben en vocht vasthouden. Tegenwoordig worden de fracties afslibbaar en sloef niet meer gebruikt om bodems te karakteriseren, maar gebruikt men hiervoor het lutumgehalte. De huidige indeling in grondsoorten onderscheidt kleigrond: > 25% lutum; zavelgrond: 8-25% lutum, en zandgrond: 0-8% lutum. Bodemtyperingen op basis van de textuur zijn vast te stellen met behulp van een textuurdriehoek waarvoor België en Nederland een eigen versie hebben (Figuur 2.1).

24 20 Figuur 2.1. De textuurdriehoek. Boven: BE 5 ; onder: NL 16 (eolische afzettingen). In Nederland zijn er opmerkelijke verschillen tussen de mariene / fluviatiele afzettingen enerzijds en de eolische (wind) afzettingen anderzijds. Deze verschillen berusten op de lutum-silt verhouding. Van oudsher bestonden verschillende benamingen voor deze afzettingen, bijvoorbeeld klei tegenover leem. Daarom bestaan er in Nederland twee textuurdriehoeken, één voor de niet-eolische en één voor de eolische afzettingen.

25 Bulkdichtheid De soortelijke massa van grond wordt aangeduid met de bulkdichtheid in kg/m 3 (ook wel met de niet-s.i. eenheid g/cm -3 ) en wordt bepaald door de omvang van de verschillende minerale en organische fracties. Het gebruik van zware werktuigen en versnelde afbraak van organische stof maken dat de bulkdichtheid toeneemt. Dit komt tot uiting in verdichting en afname van de porositeit. De bulkdichtheid van de grond is een hulpparameter bij het vaststellen van verschillende bodemeigenschappen, zie hiervoor bijvoorbeeld de Verdichtingsstudie 13. Minimum en maximum waarden voor de bulkdichtheid voor wortelgroei variëren met de textuur, zoals weergegeven in Tabel 2.4. Tabel 2.4. Algemene relatie tussen bulkdichtheid en wortelgroei 1. Bodemtextuur Ideale bulkdichtheid Beperkende bulkdichtheid (kg.m -3 ) (kg.m -3 ) Zandig < 1600 > 1800 Siltig < 1400 > 1650 Kleiïg <1100 > 1470 Andere auteurs hebben vonden echter dat de bulkdichtheid geen goede indicator is voor bodemkwaliteit 17. Uit hun onderzoek naar de mogelijke toename in de bulkdichtheid bij overgang van gangbare grondbewerking naar no-tillage maatregelen kon een dergelijke toename niet worden aangetoond Vochtgehalte Vocht in de bodem werkt als een oplos- of glijmiddel. De bodemdeeltjes verliezen hun onderlinge bindingskracht bij toenemend vochtgehalte; de bodem wordt plastisch, versmeerbaar en zal uiteindelijk gaan vervloeien. Het vochtgehalte is daarmee dan ook een belangrijk criterium voor het kiezen van het bewerkingstijdstip in het voor- en najaar. Het vochtgehalte waarbij vervloeiing optreedt is sterk afhankelijk van de bodemtextuur en het gehalte aan organische stof. Kleigronden kunnen veel meer vocht opnemen dan zandgronden. Om de vochttoestand van verschillende gronden enigszins te kunnen vergelijken wordt de vochttoestand van de bodem vaak uitgedrukt met de vochtspanning of het logaritme daarvan, de pf waarde. De pf waarde is een maat voor de sterkte

26 22 van de binding van het water aan de bodemdeeltjes, en daarmee ook voor de beschikbaarheid van water voor gewasgroei Organische stof en aggregaatvorming De aggregaat grootte distributie (AGD) van een grond geeft aan in hoeverre de bodemstructuur voldoende kleine aggregaten bevat die een goede kieming van zaad mogelijk maken en de vroege gewasontwikkeling ondersteunen. Streefwaarde hiervoor is een aandeel van 50% aggregaten dat kleiner is dan 5 mm 11. Het is daarom belangrijk om voor de verschillende bodemtypen te weten wat het effect is van de verschillende methoden van grondbewerking op de AGD. Met name van de verschillende vormen van NKG is hierover weinig bekend. De AGD kan door zeven van de grond worden bepaald. Dit is handwerk en wordt in het laboratorium gedaan, waardoor de methode relatief veel arbeid en tijd kost. Sneller resultaat wordt verkregen met een visuele beoordeling van de aggregaten in het veld. Hiervoor is een zekere vaardigheid van de waarnemer nodig. In de landbouwpraktijk worden beide methoden slechts beperkt gebruikt. Er is dan ook behoefte aan een methode die snel, betrouwbaar en kosteneffectief de aggregatie in beeld brengt. Een nieuw perspectief voor zo n methode is het meten van een specifieke fractie van de organische stof, dat als kitmateriaal door het bodemleven wordt uitgescheiden. Dit kitmateriaal dient als bindmiddel tussen de bodemdeeltjes (mineraal en organische stof), het begin van aggregatie. Deze fractie kan worden bepaald door extractie van het grondmonster met heet water (Hot Waterextractable Carbon). De hoeveelheid HWC correleert met de mate van grondbewerking 9,10. Deze auteurs vonden een spreiding in de HWC-waarden van teeltsystemen natuur > extensief grasland >intensief grasland > akkerbouw > tuinbouw. Anderen 6 vergeleken verschillende vormen van grondbewerking in de akkerbouw, om erosie in lössgronden tegen te gaan. Zij vonden in de laag 0-15 cm hogere gehalten HWC en macro aggregaten (0,25-2 mm) in zowel no-tillage en shallow-tillage dan in gangbare tillage. Aangezien HWC in verband wordt gebracht met aggregaatvorming, en macro aggregaten met erosiebestendigheid, trokken de auteurs de conclusie dat no-tillage en shallowtillage goede methoden zijn om erosie te bestrijden. Kanttekening hierbij was dat deze hogere gehalten ook (mede) het gevolg kunnen zijn van de achtergebleven gewasresten in de no tillage en shallow-tillage objecten.

27 Overige parameters Het effect van de zuurgraad van grond op de bodemstructuur is tweeledig. In de eerste plaats is de ph van invloed op de kationenbezetting van de CEC van kleideeltjes. Bij een lage ph verdringen de H + -ionen de Ca-ionen. Omdat het juist de Ca is die bij lutum zorgt voor stevige kationbruggen waarmee de kleideeltjes verbonden worden tot micro-aggregaten en kruimels hebben zure kleibodems een slechte bodemstructuur. In de tweede plaats is de ph van invloed op de activiteit van het bodemleven. Die activiteit bestaat uit transport en verkleinen van vers organisch materiaal, en de afbraak ervan. Hierbij komen kittende stoffen vrij die van belang zijn voor de kluitvorming. Bij zowel een lage als een hoge ph neemt de activiteit van het bodemleven af. De CEC van grond wordt gevormd door het klei/humuscomplex, een samenstelsel van klei- en humusdeeltjes. Dit complex is een bron van voedingsstoffen voor planten en beïnvloedt in klei- en lössgronden ook de bodemstructuur. In zandgronden is de CEC meer dan in kleigronden afhankelijk van de organische stof. Het effect van de CEC op de bodemstructuur komt tot uiting bij teveel kalium (K) en/of magnesium (Mg) aan het complex, dan treedt verdichting op. Bekalking met een calcium (Ca) houdende meststof zal dan de bodemstructuur doen verbeteren. Voor het signaleren van verdichting in klei- en lössgronden kan voor grasland de CEC-driehoek worden gebruikt, die is gebaseerd op de verhouding tussen K, Mg en Ca aan het complex 2. De activiteit van het bodemleven (vooral schimmels en bacteriën) speelt een belangrijke rol bij de aggregatie door de uitscheiding van stoffen die bodemdeeltjes en micro-aggregaten aan elkaar kitten tot macro-aggregaten 31. Schimmeldraden en fijne wortels houden de kluitjes bijeen. Kleine bodemdieren zoals regenwormen bevorderen de structuur door het graven van gangen en holletjes en het mengen van organische stof (OS) met de minerale bodemdeeltjes.

28 24

29 25 3 Quickscan van bodemsensoren 3.1 Opzet Het optimaal benutten van de bodemkwaliteit en/of het opheffen van een matige fysische bodemkwaliteit vraagt om het kiezen van de juiste bodemmaatregelen. Om dit te kunnen doen is monitoring van de bodemkwaliteit op en binnen perceelsniveau gewenst. De monitoring kan gericht zijn op algemene kenmerken van bodemkwaliteit zoals ph en organische stof, maar ook op specifieke aspecten zoals de aanwezigheid van storende lagen. Hiervoor zijn in principe diverse, op verschillende technieken gebaseerde sensoren beschikbaar. Om een goed beeld te krijgen van de verschillende systemen en deze te kunnen beoordelen op hun geschiktheid om te adviseren over de fysische bodemkwaliteit is een quickscan uitgevoerd. Uit de literatuur zijn gegevens verzameld over: namen van de sensor en van de leverancier; de achterliggende techniek van de sensor en of het een actieve of passieve meting betreft; soort systeem: vanuit de ruimte, op de trekker of hand-held ; praktijkrijpheid: of de sensor nog in onderzoeksfase verkeert of beschikbaar is voor de markt en met welke kosten; en bodemkenmerken waarover de sensor informatie verstrekt. De nadruk ligt op meetsystemen in/aan grond; ook is gezocht naar systemen die aan de hand van de gewasstand van groenbemesters een uitspraak mogelijk maken over de bodemstructuur. Voor de quickscan is gebruik gemaakt van literatuur uit binnen- en buitenland en is gesproken met deskundigen van met name de Wageningen Universiteit, PPO Lelystad en de Sensor Universe. 3.2 Resultaten Een overzicht van de beschikbare sensoren is gegeven in Figuren 3.1 en 3.2. Voor een volledig overzicht van de gevonden systemen wordt verwezen naar Bijlage 2 Quickscan Bodemsensoren. Onderstaand worden de vier groepen kort besproken.

30 26

31 Figuur 3.1. Mind map Bodemsensoren. (1). 27

32 Figuur 3.2. Mind map Bodemsensoren (2). 28

33 Elektrische en elektromagnetische straling Sensoren op basis van elektrische of elektromagnetische straling zijn er in vele uitvoeringen. Bekend voorbeeld is de EM38 (Figuur 3.3), die informatie geeft over de schijnbare elektrische geleidbaarheid (Engels: apparent Electrical Conductivity ECa). De ECa (uitgedrukt in millisiemens per meter, ms/m) is een maat voor verschillende bodemkenmerken zoals vochtgehalte, porositeit, zoutgehalte, kleigehalte en temperatuur. De EM38 kan gegevens leveren over twee dieptes in de grond; de horizontale modus (HM) meet tot ca. 75 cm beneden maaiveld, de verticale modus (VM) tot ca. 1.5 m. De meting gebeurt met een actieve procedure, dat wil zeggen er wordt een signaal in de grond gebracht en de output van dit signaal wordt gemeten. De techniek om dit te meten maakt gebruik van spoelen waarmee een elektromagnetisch veld wordt gecreëerd. Om de variatie in elektrische bodemweerstand toe te kunnen schrijven aan bodemeigenschappen is een calibratie/validatie procedure in het veld nodig. Figuur 3.3. Hand-held Geonics EM38 electromagnetische meter voor de geleidbaarheid in bodems.

34 30 Met een EM38 is het mogelijk om kaarten te maken van de variatie binnen een perceel. Ook kan op basis van de dikte van de lagen een bodemprofiel worden gemaakt. In bijlage 2, Tabel 2a, worden diverse apparaten genoemd die het electromagnetische principe toepassen en soms verschillen in de beoordeling. Dit heeft te maken met een andere situatie (grondsoort) waarin de sensor is ingezet en beoordeeld. Een sensor met een geheel ander doel, maar dat gebruik maakt van het dezelfde principe is Time Domain Reflectometry (TDR) 18, 31. TDR bepaalt de schijnbare diëlektrische constante van een materiaal door de reistijd van de straling in het medium te meten. Een stroomstoot van zeer korte duur wordt door een medium (de bodem) gestuurd. De terugkaatsing (Reflectometry) wordt grafisch als functie van de tijd uitgezet (vandaar Time Domain). Op die wijze wordt de diëlektrische constante van de bodem gemeten. De gemeten diëlektrische constante wordt dan met behulp van een calibratiecurve omgerekend naar het volumetrisch vochtgehalte. De demping van het signaal in de grond kan worden gebruikt bij het bepalen van de geleidbaarheid, ECa. Met als toepassing beregening is TDR op dit moment waarschijnlijk de beste operationele bodemsensor Gammastraling Sensoren die gammastraling meten maken soms gebruik van de achtergrondstraling, wat alleen in een beveiligde omgeving kan gebeuren. Het is tegenwoordig echter goed mogelijk om met een kleine hoeveelheid radioactief materiaal een actieve procedure te gebruiken. Als bodemsensor wordt een pen met een radioactieve bron van lage activiteit in de bodem geschoven. Hiervoor wordt een isotoop van het element Natrium gebruikt (namelijk 22 Na). Een deel van de straling keert terug, een deel wordt geabsorbeerd. De verhouding tussen de terugkerende en geabsorbeerde straling is een maat voor de bulkdichtheid van de grond. Het apparaat is ontwikkeld voor gebruik in het veld en de gemeten bulkdichtheid is dan ook die in veldvochtige grond ( = nadat de neerslag is uitgezakt). Bekende voorbeelden van dit type sensor zijn de Mol van de Soil Company 23, die gammastraling uit de bodem meet, en de RhoC (Multi Detector system for Underwater Sediment Activity) van Medusa (Figuur 3.4) die actief een minieme hoeveelheid straling uitzendt. De combinatie van RhoC en TDR wordt in de weg- en waterbouw veel gebruikt om de bulkdichtheid van grond mee te bepalen. Het lijkt mogelijk om de combinatie ook in te zetten op landbouwgronden.

35 31 Figuur 3.4. Het Medusa RhoC system, (1) de 22Na bron, (2) de γ-straling detector, (3) de time domain reflectometry (TDR) sensor, (4) het notebook en (5) de data logger, GPS en batterij (Jacobs et al., 2009). Naast de bulkdichtheid kan ook de bodemtextuur worden afgeleid met gammastraling, maar dan uit de gammastraling die de bodem van nature uitzendt. Sporen van radioactieve stoffen komen in zeer lage concentraties voor in de bodem en vormen qua stralingsbelasting geen gevaar voor de volksgezondheid. Ondanks de lage concentraties kan de gammastraling van deze stoffen toch worden gemeten. Uit onderzoek is gebleken dat verschillende mineralen en bodemtypen kunnen worden onderscheiden doordat ze verschillen in concentraties radioactieve stoffen. Dit verschijnsel noemt men de 'radiometrische vingerafdruk' van een mineraal. De mate waarin de mineralen verschillen is afhankelijk van het soort mineraal (kleimineralen zijn anders dan zinkerts), van de afkomst (graniet uit de Alpen is anders dan Schots graniet) en van de ouderdom (erosie van mineralen leidt onder meer tot het uitwassen van radioactieve isotopen). Zo bevat klei bijvoorbeeld meer radioactieve sporen dan zand. De vingerafdruk kan worden gekoppeld aan verschillende eigenschappen van de grond (bijvoorbeeld de zware metaalconcentratie, de korrelgrootte, de textuur, de mineraalsamenstelling). Met behulp van de correlatie naar velddata kunnen de radiometrische data omgezet worden in gegevens over de gewenste bodemeigenschap. In principe is het mogelijk om met de RhoC op verschillende diepten te meten Optisch en radiometrisch Optische methoden maken gebruik van de reflectie van licht wanneer dit op een oppervlakte valt (Figuur 3.5). Hiertoe is de apparatuur uitgerust met specifieke dioden om verschillende fracties in een monster te meten. Eén van de mogelijke toepassingen is Near Infra Red Spectroscopy (NIRS).