Veldwerkplaats Staverden

Transcriptie

1 Veldwerkplaats Staverden Fons Smolders Jan Roelofs Mark van Mullekom B-WARE Research Centre, Radboud University Nijmegen, the Netherlands 1 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

2 Leuvenumse Bos Gebied: Landbouw Hierdense Beek Kasteel Staverden Verbrande Bos Houtdorperveld Landbouw Landbouw Uddeler meer Bezit Geldersch Landschap ---- (736 hectare) Hierdense Beek Omringende bos-, heide- en landbouwgebieden Rijke cultuurhistorie Veel recreatie Hoge natuurwaarden (foto s), echter: achteruitgang 2 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

3 Beekdalgrasland Verbrande Bos Kwellocatie Dotterbloemen Droge heide Doorstroomveen 3

4 Rententiebekken Elzenbroekbos Kasteel Staverden Edelherten Beekdalgrasland 4

5 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS 1) Verandering grondgebruik: Heide bos landbouw Bemesting + ontwatering 2) Open structuur beekdalgraslanden is behouden gebleven 5

6 Probleemstelling: Achteruitgang van (half-)natuurlijke systemen als gevolg van eutrofiëring, verdroging en verzuring. Intensieve veehouderij Pitrusproblematiek 6

7 Doelstelling: Inzicht verschaffen in de huidige toestand van de (half-)natuurlijke systemen in het beekdal van de Hierdense Beek te Landgoed Staverden en het in kaart brengen van mogelijke herstelmaatregelen 7

8 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS HYDROLOGIE 8

9 Peilbuizennetwerk 9

10 Maaiveld (maart 2007) NAP (maart 2007) 10

11 Rode zones = slechte grondwaterkwaliteit Met name beïnvloeding vanuit oostelijke zone: agrarische enclaves! Het grondwater blijkt: Zwak gebufferd Nitraatrijk (> 100 µmol/l) Lokaal sulfaatrijk (> 500 µmol/l) IJzerarm Fosfaatarm Als gevolg van keileemlaag (grijze zone) komen verontreinigingen via het oppervlakte- en het grondwater relatief snel in het beekdal terecht. 11 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

12 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS (kaart 1557) 12 Hierdense Beekdal Keileemlaag in ondergrond

13 Nitraat - Stikstofbelasting grondwater - Ammonium 13

14 Gebieden veldbezoek vanmiddag uur: 3. Retentiebekken (DG20): deels goed ontw. 2. Verbrande bos (DG1): referentiegebied 4. Rietland (DG17): veenrot/-afbraak 1. Afgegraven akker (DG 7): deels goed ontw. 5. Beekdalgrasland, Calthion (DG14): nog niet optimaal ontwikkeld 6. Beekdalgrasland (DG10): verruigd, experiment uitgevoerd: 14 afgraven + bezanden + herintrod.

15 1. Afgegraven akker (DG7): B D E F C A 15

16 Nr C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 Omschrijving 80% Pitrus (Juncus effusus) Schraal stuk: Moeraswolfsklauw (Lycopodiella inundata) en Zonnedauw (Drosera spec) 40% Pitrus (Juncus effusus) 10% Pitrus (Juncus effusus), 60% Gestreepte witbol (Holcus lanatus) 10% Pitrus (Juncus effusus), 40% Gestreepte witbol (Holcus lanatus) Droge vlakte (pioniers) Rand van poel: Zonnedauw (Drosera spec.) 80% Gestreepte witbol (Holcus lanatus) 20% Gestreepte witbol (Holcus lanatus) Diepte (cm) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 donkergeel/zwart zand zwart zand donkergeel zand donkergeel/bruin zand zwart/geel zand 16 geel zand

17 Fosfaatconcentraties in de diepte Olsen-P (µmol/l FW) Totaal-P (mmol/l FW) C1 A C B A C1 A C B A C2 A C B C2 A C B C9 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C B A C B A C B A C B A C B A C B A C B C9 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C B A C B A C B A C B A C B A C B A C B 17

18 Bedekking Pitrus + Witbol (%) y = 30.04Ln(x) R 2 = Olsen-P (µmol L -1 ) 18

20 2. Verbrande Bos DG : - bos gekapt (stronken + strooisellaag verwijderd) - ontwateringssloten gedempt - waterpeil in kwelsloot gestuwd (foto) - landbouwwater omgeleid 20

21 Lage fosfaatbeschikbaarheid toplaag dophei, Moeraswolfsklauw, Beenbreek, Veenpluis etc Knelpunt: lokaal lage basenverzadiging toplaag (35%) kan leiden tot toename veenmosgroei Mogelijke oplossing: bekalking Olsen-P (µmol/l FW) V4 V3 V2 V1 E D C B A E D C B A E D C B A E D C B A

23 3. Retentiebekken (DG20) Retentiebekken met meanderende zijtak en twee poelen Diepte (cm) G25 C10 C11 C12 C13 C14 C15 geel/grijs zand veen veraard veen geel/zwart zand zandig veen zwart zand organische toplaag Bodemprofiel: lokaal cm zand op veen (max 90 cm) of geel zand. G25, C10 & C14: Pitrus & Gestreepte witbol (restant bouwvoor aanwezig) fosfaatrijke toplaag Overig: veenmossen + kleine zeggen voedselarme toplaag 23

24 Fosfaatrijke toplaag van cm op de drie verruigde locaties afgraven Olsen-P (µmol/l FW) Totaal-P (mmol/l FW) C15 C14 C13 C12 C11 C10 G25 E D C B A E D C B A E D C B A D C B A E D C B A E D C B A E D C B A C15 C14 C13 C12 C11 C10 G25 E D C B A E D C B A E D C B A D C B A E D C B A E D C B A E D C B A

26 4. Rietland (veenrot) (DG20) 26

27 REGENVANGERS 5 locaties: - Open veld (heide) - Loofbos (beuken) - Naaldbos (fijnspar) BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS 5 regenvangers per locatie 12x maandelijkse meting 27

28 neerslag (mm/jr) november t/m april mei t/m oktober ± 40% minder Open veld Fijnsparbos Beukenbos 28

29 Extra stikstofinvang bossen (met name naaldbos) Vooral NH4-N: bron = landbouw 50 NH4-N NO3-N totaal-n (kg/ha/jr) Open veld Fijnsparbos Beukenbos 29

30 N depositie NH x Depth (cm) Ammonium Nitrate bos 290 mmol m -2 y -1 landbouw NH 4 + NO 3- + H Nitrate/Ammonium (µmol L -1 soil volume) ph 4,3; 2,5 µmol L -1 NH 4+ ; 550 µmol L -1 NO 3 - Rietland Veen Grondwaterstroming ph 4,2; 2,9 µmol L -1 NH 4+ ; 340 µmol L -1 NO 3-30

31 0-25 N depositie NH x mmol m -2 y -1 Depth (cm) bos landbouw NH 4 + NO 3- + H ,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 ph (H 2 O) ph 4,3; 2,5 µmol L -1 NH 4+ ; 550 µmol L -1 NO 3 - Rietland Veen Grondwaterstroming ph 4,2; 2,9 µmol L -1 NH 4+ ; 340 µmol L -1 NO 3-31

32 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS Bodems uit beekdal Staverden & Wisselse Veen Toevoeging nitraat: 2000 µmol/l Bodemvochtanalyse na 8,5 week TOC (mg/l) TIC (mg/l) TIC+TOC na 8,5 week (n=3) Total C (mg/l) Stav + NaNO3 Stav + NaCl Wis + NaNO3 Wis + NaCl Treatment Nitraat leidt tot een versnelde veenafbraak!

33 Anammox is een acroniem voor ANaerobe AMMonium OXidatie. Het is de naam voor een in Delft ontwikkelde technologie voor stikstofverwijdering uit afvalwater. Het anammoxproces is een bacteriëel proces. De bacteriën kunnen van nut zijn bij de zuivering van afvalwater. Ze verwijderen nitriet en ammonium uit afvalwater door omzetting in stikstofgas. Lange tijd werd gedacht dat het alleen mogelijk was ammonium te oxideren onder aërobe omstandigheden. In 1977 werd echter door de Oostenrijkse chemicus Engelbert Broda voorspeld dat er een proces zou kunnen bestaan waarbij ammonium werd geoxideerd zonder aanwezigheid van zuurstof. Veel microbiologen geloofden echter niet dat dit proces bestond omdat het proces of de betreffende bacterie in de natuur nog niet was waargenomen. In 1986 werd echter in een anaerobe reactor in de afvalwaterzuivering van Gist Brocades (nu DSM) in Delft een afname van ammonium waargenomen in combinatie met een toename van stikstofgas. De bacterie verantwoordelijk voor de ammoniumoxidatie bleek nitriet als elektronacceptor te gebruiken volgens de volgende reactie: NH 4+ + NO 2- N 2 + 2H 2 O. 33

34 34

35 35

36 36

37 Nitraatuitspoeling uit landbouw & (naald)bossen nitraatrijk grondwater. Gevolgen: 1. Fe (µmol/l) NO3 ijzeroxidatie IJzerarm grondwater NO3- (µmol/l) 2. NO3 pyrietoxidatie Sulfaatrijk grondwater 37

38 NO 3 - Bemesting Landbouwgrond NH 4 + FeS 2 Fe(ox) SO 2-4 N 2 Pyriet-houdende bodem SO 4 2- Grondwater P FeS x IJzer gebonden-p Afbraak organisch materiaal S 2- SO 4 2- Grondwater gevoed systeem 38

39 Electron acceptors (SO4, NO3, Fe(III) N 2 FeS S 2- Decomposition Organic matter NH 4 Fe(II) Fe(O)OH PO 4 CO 2 HCO 3 (alkalinity) releases CaCO 3 stimulates reacts with Co-precipitates with or adsorbs to 39

40 Fe P FeS x FeO(OH)-P droogval SO 4 2- nat NH 4 + NO 3 - SO 4 2- P droogval Geoxideerde toplaag FeS x FeO(OH)-P N 2 Anaërobe bodem NO 3 - A Natuurlijk peilbeheer belangrijk om interne eutrofiering en dus verruiging in natte systemen te voorkomen! N en P beschikbaarheid B Natuurlijk waterregime Permanent hoog waterpeil Droogval Jaar 1 Jaar 2 Jaar 3 Jaar 4

42 5. Beekdalgrasland (DG14) Bodemprofiel: lokaal cm zand op veen (max 90 cm) of geel zand. Vegetatieontwikkeling richting Calthion a.g.v. Verschralingsbeheer Gebufferd, Ca- & Fe-rijk grondwater Stijghoogte grondwater 3-10 cm boven Maaiveld in natte periode Bovenste 20 cm te rijk aan fosfaat 42

43 Fosfaatfront: ongeveer 20 cm ( µmol/l FW is ok voor calthion) Olsen-P (µmol/l FW) Totaal-P (mmol/l FW) A A B B G7 D C G7 D C E E F F A A B B G8 C G8 C D D E E A A B B G9 D C G9 D C E E F F A A B B G10 D C G10 D C F E F E

44 Advies: 1) afgraven lijkt onder de huidige hydrologische omstandigheden niet mogelijk op grote schaal (optie: afgraven en bezanden) 2) huidige verschralingsbeheer voortzetten binnen 10 jaar wordt verbetering van vegetatie verwacht. Optie: gezoneerd eerder maaien (juni in plaats van september) 3) op ruigere locaties afgraven a) vegetatiezoden verwijderen en maaisel aanbrengen + bekalken) b) 20 cm fosfaatverrijkte toplaag verwijderen en maaisel aanbrengen + bekalken NB: Waterafvoer en droogval van de toplaag in de zomermaanden moet mogelijk zijn 44 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

46 6. Beekdalgrasland (DG10) Bodemprofiel: cm zwart op veen (max 70 cm) of geel zand 46

47 Doel: voedselarme soortenrijk gradienten: nat tot vochtig en zandig tot venig Fosfaatfront: ongeveer cm Olsen-P (µmol/l FW) Totaal-P (mmol/l FW) A A B B G1 C G1 C D D E E A A B B G2 C G2 C D D E E Advies: 1) noordelijke zone: cm afgraven + 20 cm zand opbrengen lokaal 30 cm afgraven tot op veenlaag + maaisel opbrengen 2) centrale zone: 40 cm afgraven + 20 cm zand opbrengen maaisel opbrengen 3) zuidelijke (meest schrale) zone: greppels open maken a) verder niets doen hoogveenontwikkeling b) afgraven vegetatiezoden + maaisel introduceren + bekalken (1000 kg/ha) nat schraalland zone met moerasviool ontzien 47

48 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS A: VELDEXPERIMENT 48

49 2005: Veldexperiment ingezet voor testen mogelijke herstelmaatregelen Ontgronden 30 cm & bekalken Maaisel introduceren Ontgronden & bezanden cm (i.v.m. beheerprobleem veen)

50 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS Olsen-P concentratie niet geplagd geplagd bezand Olsen-P cm (µmol/l FW) NP t=0 NP0 NP1000 NP2000 P t=0 P0 P1000 P2000 B t=0 B0 B1000 B2000

51 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS 51 Totaal-P concentratie 16 niet geplagd geplagd bezand totaal-p cm (mmol/l FW) 2 0 NP t=0 NP0 NP1000 NP2000 P t=0 P0 P1000 P2000 B t=0 B0 B1000 B2000

52 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS Totaal-Ca concentratie (veenlaag) niet geplagd geplagd bezand Ca-totaal cm (mmol/l FW) 0 NP t=0 NP0 NP1000 NP2000 P t=0 P0 P1000 P2000 B t=0 B0 B1000 B2000

53 Rode Lijst soorten Algemene soorten 45 Aantal soorten Behandeling Jaar Controle Controle + maaisel Ontgrond Ontgrond + maaisel Ontgrond Ontgrond + maaisel Ontgrond + bezand Ontgrond + bezand + maaisel 2007/ /

54 Plantensoorten Nederlandse naam RL / ontgrond + categorie controle ontgrond ontgrond bezand Blauwe knoop GE nee ja ja ja Klokjesgentiaan GE nee ja nee nee Heidekartelblad BE nee ja ja nee Kleine zonnedauw GE nee ja ja nee Ronde zonnedauw GE nee ja ja ja Witte snavelbies GE nee ja nee nee Beenbreek BE nee ja ja nee Stijve ogentroost GE nee ja ja ja Parnassia KW nee ja ja ja Liggende vleugeltjesbloem KW nee nee nee ja Moerasbasterdwederik GE nee nee nee ja April 2009: moeraswespenorchis in bezande plot aangetroffen 54 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

55 Parnassia, Dopheide, Ronde zonnedauw Heidekartelblad Blauwe knoop Plaggen 30 cm Klokjesgentiaan Rode Lijst soorten 1 jr na ontgronding Blauwe knoop Klokjesgentiaan Heidekartelblad Kleine zonnedauw Ronde zonnedauw Witte Snavelbies Beenbreek Stijve ogentroost Parnassia 55 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

56 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS Biomassa produktie (1000 kg/ha) Droog Vers Biomassa (DW) in ton (1000 kg)/ha Biomassa (FW) in ton (1000 kg)/ha Locatie Locatie 1. Ontgronde proefvlak (2 jr niet gemaaid): ±5 ton FW/ha 2. Controle proefvlak noord (1 jr niet gemaaid): ± 14 ton FW/ha 3. Niet ontgronde proefvlak zuid (2 jr niet gemaaid): ± 24 ton FW/ha 4. Controle proefvlak zuid (1 jr niet gemaaid): ± 21 ton FW/ha

57 Conclusies Lagere Olsen-P en totaal-p concentraties door ontgronden en bezanden. Hierdoor kunnen doelsoorten tot ontwikkeling komen en is bovendien de biomassaproductie lager. Na verwijdering van de voedselrijke zandlaag vormt een veenlaag met een hoger calciumconcentratie het nieuwe maaiveld. Bezanden leidt tot een verbetering van de beheersmogelijkheden (maaimachines). Het bekalkingseffect is nihil: 2000 kg/ha lijkt te veel op venige bodem Op zandbodem: remming veenmossen en zonnedauw Door ontgronden neemt de grondwaterinvloed toe. Bij bezanding kan dit worden gereguleerd (bv 30 cm afgraven en 20 cm opbrengen) OVER-ALL: Ontgronden (evt. met bezanden) is effectieve herstelmaatregel voor het creëren van voedselarm, soortenrijk milieu, vooral in combinatie met herintroduceren soorten 57 BIOGEOCHEMICAL WATER-MANAGEMENT & APPLIED RESEARCH ON ECOSYSTEMS

58 CONCLUSIE: IN HET HIERDENSE BEEKDAL LIGGEN VOLOP KANSEN VOOR DE ONTWIKKELING VAN SOORTENRIJKE GRONDWATERAFHANKELIJKE NATUUR! Artikel: septembernummer Vakblad Natuur Bos & Landschap 58