IJzersuppletie in Terra Nova. IJzersuppletie in Terra Nova Wat gebeurt er in de bodem?

Transcriptie

1 IJzersuppletie in Terra Nova Wat gebeurt er in de bodem? Jeroen Geurts Radboud Universiteit Nijmegen Doel = fosfaatuitwisseling tussen bodem en water verminderen ijzer:fosfaat ratio in bodemvocht verhogen Fosfaat mobilisatie (g PO4-P m-2 jaar-1) Deze Fe:PO4 ratio bepaalt of de fosfaatbom afgaat houdt ook verband met voorkomen van zeldzame plantensoorten R² = R2 =.893 P =..4 STOWA/Auke Herrema Fe:PO4 ratio in bodemvocht (mol mol-1) Geurts et al. 21 (Water Research)

2 Lab- en veldexperimenten IJzersuppletie aquariumexperiment Water en sediment uit Terra Nova + Grof hoornblad / Smalle waterpest / controle (2 dichtheden: 3 gr en 7 gr per aquarium) Met en zonder ijzer door de bodem gemengd (1 g/m2 ineens) In totaal 4 aquaria maanden gevolgd Hoornblad (HB) Waterpest (WP)

3 IJzersuppletie aquariumexperiment PO4 water (µmol/l) 1 Fe:PO4 bodemvocht (mol/mol) 1 -ijzer +ijzer 1 -ijzer 1 +ijzer 1.1 controle hoornblad waterpest controle hoornblad waterpest IJzersuppletie aquariumexperiment Eenmalige ijzerdosering van 1 g/m2 in de bodem leidt tot: minder fosfaat in water & veel hogere Fe:PO4 in bodemvocht meer ijzer en ammonium in bodemvocht (potentieel toxisch) tijdelijke ph daling water en sediment (tot,) lagere afbraaksnelheid van bodem (minder bagger) PO4 water (µmol/l) 1 Fe:PO4 bodemvocht (mol/mol) 1 -ijzer +ijzer 1 -ijzer 1 +ijzer 1.1 controle hoornblad waterpest controle hoornblad waterpest

4 IJzersuppletie aquariumexperiment Eenmalige ijzerdosering van 1 g/m2 in de bodem leidt tot: lagere groei van woekerende hardwater-planten - Oorzaak: ph daling / toxiciteit - Geen effect van dichtheid drooggewicht (g) 2 1 nitella/pot 1 waterpest hoornblad alg/schimmel WP7+Fe WP7 HB7+Fe HB7 Con + Fe Con Controle Hoornblad Waterpest IJzersuppletie aquariumexperiment Maar, bij dichte vegetatie toch uitwisseling van fosfaat: via de wortels (Waterpest) of zuurstofloze waterlaag onderin = mini-spronglaag potentiële P-mobilisatie via planten = hoog bij volledige bedekking (1 kg dw/m2) en helft verlies per jaar 3-7 mg/m2/d = 3-6 keer meer P dan totale belasting! STOWA/Auke Herrema

5 IJzersuppletie aquariumexperiment Maar, bij dichte vegetatie toch uitwisseling van fosfaat: via de wortels (Waterpest) of zuurstofloze waterlaag onderin = mini-spronglaag potentiële P-mobilisatie via planten = hoog ijzer kan dit niet altijd voorkomen fosfaatbudget (mg) 4 = water 3 fonteinkruid 2 nitella 1 waterpest hoornblad WP7+Fe WP7 HB7+Fe HB7 Con + Fe Con alg Controle Hoornblad Waterpest IJzersuppletie in petgat Terra Nova Pilot in afgesloten petgat met graduele ijzersuppletie (8 g/m2): 1.6 g/m2/dag Sedimentvangers: ijzer komt vooral als (hydr)oxidelaagje op de bodem (weinig windwerking/menging) IJzer verspreid zich goed over het hele proefvak Controle petgat = -Fe Behandelde petgat = +Fe 2 IJzer (g/m2) g/m2 -Fe voor -Fe achter +Fe voor +Fe achter

6 IJzersuppletie in petgat Terra Nova Beijzerd petgat blijft 2 groeiseizoenen helder zonder P-pieken 18 7 P water (µmol/l) Fe 14 +Fe Turbiditeit (ppm) -Fe +Fe jun-9 sep-9 dec-9 mrt-1 jun-1 sep-1 dec-1 mrt-11 jun-11 sep-11 jun-9 sep-9 dec-9 mrt-1 jun-1 sep-1 dec-1 mrt-11 jun-11 sep-11 IJzersuppletie in petgat Terra Nova IJzer en Fe:PO4 in bodemvocht (1 cm) nemen eerst sterk toe, dan weer af ijzer bodemvocht (µmol/l) -Fe 6 Fe:PO4 bodemvocht (mol:mol) -Fe +Fe +Fe jun-9 sep-9 dec-9 mrt-1 jun-1 sep-1 dec-1 mrt-11 jun-11 jun-9 sep-9 dec-9 mrt-1 jun-1 sep-1 dec-1 mrt-11 jun-11

7 Kolomexperiment met intacte kernen (klimaatcel 1 ºC) April juni 21 Na ijzersuppletie geen P-mobilisatie meer mg P/m2/dag mmol/m2/jaar Gemiddelde P mobilisatiesnelheid (±SEM) petgat +Fe petgat -Fe plas M-NO Locatie plas NO IJzersuppletie in petgat Terra Nova Negatieve effecten: vrijkomen van NH4 uit bodem (1 jaar) tijdelijke ph daling in oppervlaktewater door hydrolyse NH4 water (µmol/l) -Fe 1 ph water 9 +Fe jun-9 sep-9 dec-9 mrt-1 jun-1 sep-1 dec-1 mrt-11 jun-11 sep Fe +Fe 4 jun-9 sep-9 dec-9 mrt-1 jun-1 sep-1 dec-1 mrt-11 jun-11 sep-11

8 Doel om 1 g Fe/m2 te verspreiden over Terra Nova in ca. 1, jaar (.18 g/m2/dag) Windmolen actief vanaf ; na 1, jaar 33 g/m2 toegevoegd (.6 g/m2/dag) 9 monsterpunten verspreid over de plas Sedimentvangers: IJzer komt vooral als (hydr)oxidelaagje op de bodem Minder gesedimenteerd ijzer in O en Z uithoeken Terra Nova, maar daar sedimenteert ook weinig P ijzer in sedimentvangers t.o.v. toegevoegde hoeveelheid 7 mei11-aug11: +6 g/m2 6 feb11-mei11: + g/m2 aug1-feb11: +11 g/m2 g Fe / m2 28 g /m2 4 mei1-aug1: +6 g/m M-NW NW M-NO NW2 M ZO ZW NO2

9 IJzer neemt nauwelijks toe in opp. water IJzer neemt niet of nauwelijks toe in bodemvocht (1cm)

10 IJzer neemt nauwelijks toe in opp. water IJzer neemt niet of nauwelijks toe in bodemvocht (1cm) wel in bovenste cm (in intact profiel) IJzer bodemvocht (µmol/l) petgat -Fe plas 1 (M-NO) plas 2 (NO) IJzer bodemvocht (µmol/l) petgat -Fe plas 1 (M-NO) plas 2 (NO) Fe:PO4 bodemvocht IJzer neemt nauwelijks toe in opp. water IJzer neemt niet of nauwelijks toe in bodemvocht (1cm) wel in bovenste cm (in intact profiel) Fe:PO4 niet overal >1 (ijzerlaagje op de bodem) M M-NO M-NW NO 1. NO2 1. NW. NW2 ZO.. ZW behandeling

11 Turbiditeit blijft laag in 211 Turb water M M-NO M-NW NO2 1. NW.. NO NW2 ZO.. ZW behandeling PO4 water Turbiditeit blijft laag in 211 Fosfaat laag, behalve in zuidelijk deel Nog geen effect op P in bodemvocht NO NW M M-NO M-NW NO NW2 ZO ZW behandeling

12 Turbiditeit blijft laag in 211 Fosfaat laag, behalve in zuidelijk deel Nog geen effect op P in bodemvocht Ortho P Turbiditeit blijft laag in 211 Fosfaat laag, behalve in zuidelijk deel Nog geen effect op P in bodemvocht Incidenteel toename ammonium in het water Geen drastische ph daling Ortho P

13 Kolomexperiment met intacte kernen (klimaatcel 1 ºC) April juni 21 vergeleken met April-juni 211 Fosfaatmobilisatie in plas na 1 jaar ijzersuppletie gedaald April mg PO4-P/m2/dag PO4 mobilisatie (mmol/m2/jaar) April petgat +Fe petgat -Fe Plas M-NO Plas NO Kolomexperiment met intacte kernen (klimaatcel 1 ºC) April juni 21 vergeleken met April-juni 211 Fosfaatmobilisatie in plas na 1 jaar ijzersuppletie gedaald P-mobilisatie minder eenduidig, zoals in beijzerd petgat Mobilisatie van Fe-P colloiden (<.2 µm) in beijzerd petgat petgat +Fe petgat -Fe Plas M-NO Plas NO P mobilisatie (mmol/m2/jaar) 1.27 April petgat +Fe petgat -Fe Plas M-NO Plas NO mg P/m2/dag 1 mg PO4-P/m2/dag PO4 mobilisatie (mmol/m2/jaar) April April 21 April 21 2

14 Cilinderexperiment in Terra Nova 28 1m Cilinderexperiment Terra Nova 24 con 23 PL 22 FeCl 2m 21 2 PL AlCl 18 PL 7 con 17 PL+ 8 AlCl 16 9 PL 1 11 PL AlCl 13 PL 14 con 6 FeCl 1 FeCl AlCl 4 PL+ 3 FeCl 2 con 1 Testen ijzersuppletie (.24 g/m2/dag) + alternatieven: Poly-aluminiumchloride (), Aluminiumchloride, Phoslock, Phoslock + Dosis vergelijkbaar met 1 g Fe/m2 Cilinderexperiment in Terra Nova Behandelde cilinders: minder fosfaatmobilisatie, maar bij ijzer mobilisatie van TP! PO₄ mobilisatie (+SEM) TP mobilisatie (+SEM) 1 TP mobilisatie (mmol m ² y ¹) PO₄ mobilisatie (mmol m ² y ¹) AlCl PL+ PL FeCl con AlCl PL+ PL FeCl con

15 Cilinderexperiment in Terra Nova Behandelde cilinders: minder fosfaatmobilisatie, maar bij ijzer mobilisatie van TP! Idem voor fosfaat en TP in bodemvocht Mobilisatie ijzerfosfaat colloiden (<.2 µm) indirect beschikbaar voor planten + algen PO₄ mobilisatie (+SEM) TP mobilisatie (+SEM) 1 TP mobilisatie (mmol m ² y ¹) PO₄ mobilisatie (mmol m ² y ¹) AlCl PL+ PL FeCl con AlCl PO₄ bodemvocht (+SEM) PL+ PL con FeCl con TP bodemvocht (µmol/l) AlCl PL+ PL FeCl con AlCl PL+ PL Cilinderexperiment in Terra Nova behandelde cilinders: minder troebel en lagere PO4 concentraties ph daalt flink in AlCl en FeCl behandeling, maar blijft boven de 1. 1% 9% 9. ph water FeCl TP bodemvocht (+SEM) 2 PO₄ bodemvocht (µmol/l) 8. 8% 7% 6% % petgat AlCl FeCl 4% 3% PL 2% PL+ 1% controle % behandeling

16 Cilinderexperiment in Terra Nova NH4 water behandelde cilinders: minder troebel en lagere PO4 concentraties ph daalt flink in AlCl en FeCl behandeling, maar blijft boven de Ammonium stijgt ook flink in deze behandelingen 4 1% 3 9% 8% 3 7% petgat AlCl 2 6% 2 % 1 4% 3% PL 1 FeCl 2% PL+ 1% controle % Cilinderexperiment in Terra Nova toch weinig verschil in groei Waterpest planten kunnen P blijven gebruiken algen niet, want P-mobilisatie neemt wel af 14 biomassa Waterpest (mg) AlCl PL+ PL FeCl con behandeling

17 Conclusie: hoe goed werkt ijzersuppletie? Geleidelijke ijzerdosering minder/geen fosfaatmobilisatie uit de bodem helder water met waterplanten nauwelijks negatieve bijeffecten STOWA/Auke Herrema Conclusie: hoe goed werkt ijzersuppletie? Geleidelijke ijzerdosering: minder/geen fosfaatmobilisatie uit de bodem helder water met waterplanten nauwelijks negatieve bijeffecten Maar risico op vrijkomen van ijzerfosfaat colloiden minder ijzer in uithoeken van de plas alternatieven kunnen (nog) beter werken, maar duurder vastgelegd fosfaat blijft beschikbaar voor planten planten potentiële fosfaatpomp (sluiproute) STOWA/Auke Herrema

18 Conclusie: hoe lang gaat ijzersuppletie werken? Uitgaande van 33 g Fe/m2 1) Op basis van interne en externe P-fluxen: Theoretisch genoeg ijzer voor 42 jaar, worst case 26 jaar 2) Op basis van P in bodem: voldoende ijzer voor alle P in sedimentdieptes van 1-6cm 1, tot 6 keer zoveel ijzer dan P in water + 1 cm toplaag sediment 3) Op basis van fosfaatmobilisatie in beijzerd petgat: Slechts 2-4 jaar (bij extrapolatie) 4) Op basis van gewenste Fe:PO4 ratio in bodemvocht > 1: (nog) niet overal bereikt, dus schatting (nog) niet mogelijk ) Op basis van P in bodemvocht: (nog) geen effect van ijzer, dus schatting (nog) niet mogelijk Enige optie: meting van nalevering in de tijd + extrapolatie Maar, P kan wel via colloiden en planten beschikbaar komen Met dank aan: Ruud van Hintum Sofie Voerman Mark Saris Clara Chrzanowski Martin Versteeg Roy Peters Germa Verheggen Jelle Eygensteyn Paul van der Ven Paul van de Wouw Leon Lamers STOWA/Auke Herrema