Nationaal Onderzoekprogramma Verdroging

Transcriptie

1 Nationaal Onderzoekprogramma Verdroging Basenverzadiging van natte schraallanden Deterministisch onderzoek naar de relatie tussen hydrologie, bodem en vegetatie E.P.A.G. Schouwenberg & G. van Wirdum DLO-Instituut voor Bos- en Natuuronderzoek NOV-rapport 8

2 COLOFON omslagontwerp: Bureau Beek Visser foto omslag: Aanvoersloot van basenrijk boezemwater naar trilvenen in De Weerribben (foto J. van Osch) produktie: Koninklijke Vermande bv. druk: 1998 Samenstelling begeleidingscommissie NOV-8: voorzitter: drs. A.C. Garritsen RIZA leden: drs. H. Gieske NITG-TNO dr. J. Griffioen NITG-TNO drs. A.J.M Jansen Kiwa drs. R.H. Kemmers DLO-Staring Centrum drs. M. Rijken Provincie Gelderland ir. N.G.J. Straathof Natuurmonumenten drs. R.J. Stuurman NITG-TNO drs. J. Wiertz RIVM agendaleden: ir. H.J. Massop Provinciale Landschappen ir. W.P.C. Zeeman Staatsbosbeheer ISBN: X Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotocopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder uitdrukkelijke bronvermelding prijs: f 25,- bestellingen: Sdu / Servicecentrum uitgevers Afdeling SEO / RIZA Postbus EA Den Haag Tel. : Fax : mlget@sdu.nl

3 VOORWOORD In 1993 is door de voorbereidingscommissie Onderzoekprogramma Verdroging een voorstel geformuleerd voor Deterministisch onderzoek naar de relatie tussen hydrologie, bodem en vegetatie. In het kader van het Nationaal Onderzoekprogramma Verdroging (NOV) is dit voorstel verder uitgewerkt onder de noemer NOV thema 8. Begin 1996 is het voorstel door de Stuurgroep van het NOV goedgekeurd en heeft de Directeur DWK van het Ministerie van LNV in het kader van het NOV opdracht verleend voor het onderzoek aan IBN-DLO. Het voor u liggende rapport doet verslag van dat onderzoek. Het rapport gaat in op de relatie tussen hydrologie, bodem en vegetatie voor natte schraallanden, waarbij het accent ligt op de basen-huishouding. De basen-toestand van natte schraallanden kan bepalend zijn voor de mate waarin ecologisch herstel optreedt bij het nemen van vernattingsmaatregelen. Verder kan inzicht in de basenhuishouding bijdragen aan de keuze voor of tegen het inzetten van basenrijk (oppervlakte)water bij vernattingsmaatregelen. De ontwikkelde methode is toegepast op de terreinen De Weerribben en Groot Zandbrink, waarvan eveneens in dit rapport verslag wordt gedaan. Het onderzoek is uitgevoerd door ir E.P.A.G. Schouwenberg en dr G. van Wirdum (beide IBN- DLO). De projectleiding was in handen van dr H.F. van Dobben en dr G. van Wirdum (beide IBN-DLO). Het onderzoek is begeleid door een begeleidingscommissie bestaande uit drs A.J.M Jansen (Kiwa), drs R.H. Kemmers (DLO-Staring Centrum), drs M. Rijken (Provincie Gelderland), ir N.G.J. Straathof (Natuurmonumenten), drs R.J. Stuurman, drs H. Gieske en dr J Griffioen (alle drie NITG-TNO) en drs J. Wiertz (RIVM) als leden. Mede namens de onderzoekers en de begeleidingscommissie spreek ik de hoop uit dat dit rapport bij zal dragen aan verantwoorde keuzes voor herstelmaatregelen voor verdroogde natuurterreinen. Gelet op de complexiteit van het onderwerp, waar verdroging en waterkwaliteit samenkomen, verwacht ik dat toepassing van de in dit rapport verwoorde kennis niet in de laatste plaats door deskundigen zal plaatsvinden. Aangezien voor veel natuurtereinen (het herstel van) de basenverzadiging van de bodem van wezenlijk belang is, zal toepassing van deze kennis de moeite lonen. Hoogachtend, Ton Garritsen Voorzitter Begeleidingscommissie NOV thema 8 maart 1998

4

5 INHOUDHOUDSOPGAVE VOORWOORD INHOUDSOPGAVE SAMENVATTING...i SUMMARY...v 1. INLEIDING Verdroging NOV-thema Probleem Aanpak Opzet rapport STANDPLAATSCONCEPT Het standplaatsconcept Belangrijke factoren en processen bij verdroging Daling grondwaterpeil Afname invloed basenrijk water Inlaat gebiedsvreemd water BASENVERZADIGING Algemeen Beschikbaarheid van P METHODE VAN ONDERZOEK Werkwijze Gebruikte modelbeschrijvingen Water en stoffenbalans (QUAGSOLVE/QUAGMIX) Basenuitwisseling (CATEX) Ecologische indicaties vegetatie DE WEERRIBBEN Inleiding Gebiedsbeschrijving Aanwijzing voor basenuitwisseling door toepassing van mengberekeningen QUAGMIX Basenuitwisseling - CATEX...38

6 5.4.1 a: De Gaponvergelijking b: Ca-bezetting adsorptiecomplex c: Doorstroomvolume Ecologische indicaties vegetatie GROOT ZANDBRINK Inleiding Gebiedsbeschrijving Basenuitwisseling QUAGMIX Basenuitwisseling - CATEX a: De Gapon-vergelijking b: Ca-bezetting adsorptiecomplex c: Doorstroomvolume Ecologische indicaties vegetatie DISCUSSIE Basenverzadiging De onderzoeksmethode Overdraagbaarheid Toepassingsmogelijkheden Kennislacunes CONCLUSIES LITERATUUR...79 BIJLAGEN BEGRIPPENLIJST ANALYSEGEGEVENS Waterkwaliteit Weerribben Bodemanalysen Weerribben Waterkwaliteit Groot Zandbrink Bodemanalysen Groot Zandbrink BEREKENINGEN QUAGMIX Aandelen oppervlaktewater en hoeveelheid 'winst' of 'verlies van Ca 2+ (dca) in de tijd - De Weerribben Aandelen grondwater en hoeveelheid 'winst' of 'verlies van Ca 2+ (dca) in de tijd - Groot Zandbrink...102

7 Samenvatting SAMENVATTING NOV-8 Dit rapport is het resultaat van het onderzoek dat werd verricht in het kader van thema 8 van het Nationaal Onderzoeksprogramma Verdroging (NOV). Thema 8 werd oorspronkelijk omschreven als "deterministisch onderzoek naar de relatie tussen hydrologie, bodem en vegetatie", waarbij de huidige ecologische inzichten, via deterministisch onderzoek nader worden bezien en processen die hieraan ten grondslag liggen nader worden bestudeerd. In de loop van het onderzoek heeft een toespitsing van deze omschrijving plaatsgevonden, waarbij processen met betrekking tot de basenhuishouding van natte schraallanden (inclusief trilvenen) centraal zijn komen te staan. Aan de hand van twee 'case-studies' is een voor trilvenen in De Weerribben kwantitatieve modelbeschrijving voor de regulatie van de basentoestand verder uitgewerkt en de overdraagbaarheid naar een ander terreintype (Groot Zandbrink) onderzocht. Er is hierbij gebruik gemaakt van bestaande modelbeschrijvingen, die voor de huidige studie zijn aangepast en verder uitgewerkt. Er is hierbij gestreefd om via een eenvoudige beschrijving van de werkelijkheid, inzicht te krijgen in de basentoestand van de studiegebieden en in de processen die hiermee samenhangen. Probleem Natte schraallanden kunnen een zeer hoge natuurwaarde hebben en zijn erg gevoelig voor verdroging, vermesting en verzuring. Er bestaat een nauwe correlatie tussen de natuurwaarde en de basentoestand van een terrein. Bij gebrek aan gedetermineerde proceskennis wordt in de praktijk bij de uitvoering van antiverdrogingsmaatregelen gewerkt met vuistregels, maar de ontwikkeling verloopt vaak anders dan verwacht. Binnen NOV-8 is een antwoord gezocht op de vraag of er een significante correlatie is tussen de basenverzadiging op een standplaats en de waterhuishouding, gekwantificeerd in aanvoer van regen- oppervlakte- en grondwater en de chemische samenstelling daarvan.voor trilvenen in De Weerribben bestond reeds een kwantitatieve benadering van de regulatie van de basentoestand. Om het verloop van de basentoestand voldoende nauwkeurig te beschrijven was een nadere uitwerking nodig. Ook over de overdraagbaarheid naar andere terreintypen was nauwelijks iets bekend. Aanpak De kwantitatieve benadering van de regulatie van de basentoestand is voor trilvenen in De Weerribben verder uitgewerkt, waarbij een beschrijving van de kationenuitwisseling is toegevoegd. Vervolgens is deze modelbeschrijving overgedragen naar Groot Zandbrink, met aanpassingen op grond van de verschillende terreinkenmerken. NOV-rapport 8 i

8 Basenverzadiging natte schraallanden Het onderzoek in de 'case-studies' is in drie stappen gesplitst: 1. Er is nagegaan of er aanwijzingen zijn voor selectieve uitwisseling van basen met behulp van het rekenmodel QUAGMIX. 2. Om na te gaan of er daadwerkelijk sprake is van uitwisseling met het adsorptiecomplex en om dit verder te kwantificeren, is de modelbeschrijving uitgebreid met een beschrijving van de kationenuitwisseling (CATEX). Hiervoor is gebruik gemaakt van de Gapon-vergelijking. Bij de toepassing van de Gapon-vergelijking is het van belang de uitwisselings- of Gapon-coëfficiënt te kennen. De uitwisselingscoëfficiënt kan aanzienlijk variëren in bodems met een hoog organisch stofgehalte. In deze studie is de uitwisselingscoëfficiënt afgeleid voor een aantal terreinen in De Weerribben en Groot Zandbrink. Hierbij is aangegeven hoe de coëfficiënt voor de verschillende terreinen afhangt van de ph. 3. Uit de verandering van de verhouding op het adsorptiecomplex in de tijd, kan de adsorptie en desorptie berekend worden; samen met de QUAGMIX-resultaten levert dit de hoeveelheid water die doorgestroomd is, die met onafhankelijke schattingen (bv. QUAGSOLVE) vergeleken kan worden. De Weerribben De trilvenen in De Weerribben danken hun bestaan aan de aanvoer van basenrijk oppervlaktewater. Trilvenen in De Weerribben verzuren wanneer de aanvoer van basenrijk oppervlaktewater belemmerd wordt. In 1992 zijn maatregelen genomen om de hydrologische isolatie ten opzichte van het boezemwater van een aantal terreinen op te heffen (opschonen/nieuw graven sloten). Uit berekeningen met QUAGMIX blijkt dat calcium selectief wordt uitgewisseld tussen het water het veen. Natrium, kalium en magnesium vertonen dit niet of veel minder. Herstel van aanvoer van basenrijk oppervlaktewater leidt tot een toename van het aandeel slootwater in het terrein en als gevolg hiervan lijkt er een oplading van het adsorptiecomplex met calcium plaats te vinden. De bezetting van het adsorptiecomplex met calcium op de verzuurde, recent verbonden locaties in de periode toegenomen tot op het niveau van 'basenrijke locaties'. De oplading van het adsorptiecomplex in de verzuurde, recent verbonden standplaatsen lijkt op basis van de berekeningen met CATEX aanzienlijk sneller te verlopen dan eerder op basis van globale schattingen werd verwacht. De hoeveelheid water die lateraal onder de kragge wordt aangevoerd is voldoende om de toename van de Ca-bezetting van het adsorptiecomplex te kunnen verklaren, waarbij de uitwisseling tussen kragge en stromingskanaal voldoende is om de toename van de Ca-bezetting te kunnen verklaren (QUAGSOLVE). Groot Zandbrink ii

9 Samenvatting Groot Zandbrink wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van twee natte schraalgraslanden, waarvan het voorkomen afhankelijk is van de toestroom van basenrijk grondwater. De laatste jaren was de invloed van dit gondwater afgenomen, waardoor onder een toenemende invloed van regenwater verzuring is opgetreden. In 1991 zijn greppels gegraven om regenwater af te voeren en de kwelcomponent te versterken. Uit berekeningen met QUAGMIX blijkt dat calcium selectief wordt uitgewisseld tussen het water en de bodem. Natrium, kalium en magnesium vertonen dit niet of veel minder. In het Zuidwestelijk schraalgrasland blijft de met CATEX geschatte bezetting van het adsorptiecomplex over de periode constant (60-70%). In het Zuidoostelijk schraalgrasland neemt de geschatte bezetting van het adsorptiecomplex over de periode af. Conclusies - Er is een significante correlatie tussen de basenverzadiging op een standplaats en de waterhuishouding, gekwantificeerd in aanvoer van regen- oppervlakte- en grondwater en de chemische samenstelling daarvan. - In De Weerribben en Groot Zandbrink is een duidelijk positief verband gevonden tussen de hoeveelheid basenrijk water en de calcium-bezetting van het adsorptiecomplex: calcium wordt selectief uitgewisseld tussen het water en de bodem. - Natrium, kalium en magnesium vertonen dit niet of veel minder. - Berekeningen met CATEX suggereren dat de oplading van de bodem in, van het boezemwater geïsoleerde, verzuurde trilvenen na het opheffen van de hydrologische isolatie t.o.v. het boezemwater sneller plaatsvindt dan op basis van globale berekeningen verwacht werd. Oplading van het adsorptiecomplex in kraggevenen, vanuit een volledig verzuurde situatie kan mogelijk al in een tijdsbestek van 10 jaar plaatsvinden. In gebieden met vast veen of waar de kraggen in een vergevorderd stadium van verlanding verkeren verloopt het herstel van de basenverzadiging aanzienlijk langzamer. In de vegetatie zijn nog geen veranderingen waargenomen. Het duurt blijkbaar langer voordat effecten in de vegetatie zichtbaar worden. Mogelijk zelfs tientallen jaren. - In Groot Zandbrink zijn geen duidelijke veranderingen in de basenverzadiging opgetreden na het graven van greppels om regenwater af te voeren en de kwelcomponent te versterken. In de vegetatie werden geen duidelijke veranderingen gevonden. - Met de eerder voor trilvenen in De Weerribben ontwikkelde modelbeschrijvingen, aangevuld met een beschrijving van de kationenwisseling, kan een juiste verwachting worden uitgesproken over de basentoestand van terreinen in De Weerribben en Groot Zandbrink. De modelbeschrijvingen voldoen voor beide terreinen. - De voor kraggenvenen in De Weerribben ontwikkelde modelbeschrijving kan waarschijnlijk NOV-rapport 8 iii

10 Basenverzadiging natte schraallanden toegepast worden in andere terreintypen. Met behulp van mengberekeningen (QUAGMIX) kunnen aanwijzingen worden gevonden voor het optreden van basenuitwisseling. Nagegaan kan worden of kationen al dan niet selectief worden uitgewisseld. De beschrijving van de kationenuitwisseling kan waarschijnlijk eveneens worden toegepast in andere gebieden. Operationalisering van de methode is echter moeilijk in verband met de hoge eisen die gesteld worden aan de parameterisering van de Gapon-vergelijking. - Met behulp van de Gapon-vergelijking kan aan de hand van wateranalysen een redelijke voorspelling gedaan worden van de basenverzadiging van de bodem. Aan de hand van wateranalysen kunnen uitspraken gedaan worden over de Ca-bezetting van het adsorptiecomplex. Voor de berekeningen is het van belang dat de relatie tussen de uitwisselingscoëfficiënt en de ph bekend is. Aangezien deze relatie sterk afhankelijk is van de aard van de organische stof zal dit in de praktijk voor de overdraagbaarheid naar andere terreinen mogelijk tot problemen leiden als gevolg van een gebrek aan gegevens. Verder onderzoek hiernaar is dan ook wenselijk, waarbij de relatie van de uitwisselingscoëfficiënt met de ph beschreven zou moeten worden voor diverse organische stoftypen. Als dit beschreven is, kan aan de hand van wateranalysen uitspraken gedaan worden over de basenverzadiging van een terrein. - Het is momenteel nog niet mogelijk om dekkende uitspraken te doen over de basenverzadiging van natte schraallanden. Hoewel de onderzoeksmethode wel overdraagbaar is, is het niet mogelijk om de resultaten van de 'case-studies' zondermeer te gebruiken voor andere terreinen. Nader onderzoek naar de ph-afhankelijkheid van de uitwisselingscoëfficiënt voor verschillende organische stoftypen is noodzakelijk. iv

11 Summary SUMMARY This report is the result of a deterministic study on the relationship between hydrology, soil and vegetation of wet mesotrophic meadows (including Quagfens). The study concentrates on the base saturation and the processes controlling it. A simple quantitative eco-hydrological model (QUAGSOLVE/QUAGMIX) has been developed for quagfens in 'De Weerribben' (Van Wirdum 1991). Using this model processes can be discribed on a time scale of seasons or years. A discription of the cation-exchange (CATEX; using the Gapon-equation) was added to the model. A second case-study ('Groot Zandbrink') was made to examine if the method used in 'De Weerribben' is transferable to an area with a different hydrology and humus profile. De Weerribben Due to natural succession and the deliberate exclusion of polluted surface-water supply, certain species-rich fen-sites changed into poor fen in the course of a few tens of years. As rich-fen sites are considered very important for nature conservation several remedial treatments have been applied. Ditches (dykes) have been cleaned up and partially dug anew. A quantitative eco-hydrological model was used to interpret the monitoring data of the treated sites. Chloride concentrations were used to trace the rate of admixture of supply water (surface water) with mire water originating from the local rain fall (QUAGMIX). Base ions were lost from the admixed water, most probably to the adsorption complex of the peat. A discription of cation exchange was added to the model (using the Gapon-equation) for a further quantification of this cation exchange (CATEX). Calculations with CATEX show that the base saturation of the peat can be restored over a period of 10 years. Groot Zandbrink A decrease in upward seepage and an increase in infiltration of rainwater has resulted in acification of species rich mesotrophic meadows in 'Groot Zandbrink'. Ditches were dug to provide for surface drainage of rainwater, and to increase the upward flux of groundwater. To interpret the monitoring data the same method as used in De Weerribben was used. The modelconcept for the Weerribben can be used in Groot Zandbrink as well, using chloride concentrations of the groundwater to trace the rate of admixture with rainwater. It was found that the treatment has not led to an increase of the base state of the meadows or a restoration of the vegetation. Conclusions NOV-rapport 8 v

12 Basenverzadiging natte schraallanden Base saturation - A significant correlation was found between the base saturation of a habitat and the waterquantity, quantified in amount of rain-, surface and groundwater and the chemical composition of these watertypes. - In De Weerribben and Groot Zandbrink a positive correlation was found between the amount of base-rich water that was supplied and the amount of calcium adsorbed at the adsorptioncomplex: calcium is selective exchanged between water and soil. - This selectivity is far less, or not at all found for sodium, potassium and magnesium. - Calculations with CATEX suggest a recharge of the soil with bases in acidified quagfens in De Weerribben over a period of ten years after the treatment. No effect on the vegetation is as yet found as a result of the change in base saturation. - In Groot Zandbrink no changes in base saturation and vegetation were observed after the treatment. Modelconcept - The modelconcept gives a good estimation of the base saturation of the quagfens in De Weerribben and the wet mesotrophic meadows in Groot Zandbrink. - The modelconcept, that was initially developed for quagfens in De Weerribben, can be used in other areas. Using QUAGMIX an indication for the exchange of bases can be found. The modelconcept makes it possible to find out if ions are selective exchanged or not. CATEX can be used in other areas if the Gapon- or exchange coefficient is known, to estimate the base saturation. - The exchange coefficient depends on the ph and the type of organic matter in the soil. This makes the tranferability to other areas difficult. More research on the relation between exchange coefficient, ph and organic matter is needed. - The results of the case-studies are not transferable as such, but the method can be used in other areas, after determining the ph-dependent exchange coefficient of the site. vi

13 Inleiding 1. INLEIDING 1.1 Verdroging Sinds de jaren vijftig is de waterhuishouding in Nederland sterk gewijzigd. Beken zijn rechtgetrokken en uitgediept om het neerslagwater versneld af te voeren. Oppervlaktewaterpeilen zijn verlaagd om landbouwgronden beter te ontwateren. Toegenomen grondwaterwinning heeft geleid tot een afname van de grondwaterpotentialen en de toenemende verstedelijking heeft geleid tot een versnelde afvoer van water via het riool. Al deze maatregelen dragen ertoe bij dat natuurgebieden in Nederland te lijden hebben onder verdroging. In de jaren tachtig bleek meer dan de helft van de Nederlandse grondwaterafhankelijke natuur matig tot sterk aangetast door hydrologische veranderingen (NOV 1993, Van der Linden et al. 1996). De ernst en omvang van het probleem waren aanleiding voor de Rijksoverheid om in een aantal beleidsnota's, zoals de derde Nota Waterhuishouding, het Nationaal Milieubeleidsplan en het Natuurbeleidsplan, maatregelen tegen verdroging aan te kondigen, met name gericht op het herstel van natuur en landschap. Deze beleidsvoornemens zijn door de Tweede Kamer verder aangescherpt: het verdroogd areaal moet in het jaar 2000 met 25% zijn verminderd ten opzichte van de situatie in Op veel plaatsen zijn inmiddels anti-verdrogingsmaatregelen genomen. Om de gevolgen van deze maatregelen te kunnen beoordelen is het Nationaal Onderzoeksprogramma Verdroging (NOV) gestart. Het doel van het NOV is (NOV 1993): 1. Het op korte termijn operationeel maken van expertise en instrumenten voor de uitvoering van anti-verdrogingsbeleid op grond van de nu beschikbare kennis; 2. Opzetten en stimuleren van meer strategisch onderzoek, dat op de langere termijn moet leiden tot veranderingen van deze instrumenten en betere onderbouwing van het beleid. Verdroging omvat alle effecten van daling van de grondwaterstand op bos, natuur en landschap. Dit omvat ook onbedoelde gevolgen van vochttekort, mineralisatie en verandering in de invloed van basenrijk kwelwater en basenarm neerslagwater (Ministerie van Verkeer en Waterstaat 1989). Als hydrologische oorzaken worden vooral in aanmerking genomen (NOV 1993): - Verlaging van de grondwaterstand; NOV-rapport 8 1

14 Basenverzadiging natte schraallanden - Afname kwelflux (indien aanwezig); - Aanvoer gebiedsvreemd water. Kwel en aanvoer van gebiedsvreemd water hebben invloed op de verdeling van water met uiteenlopende herkomst over verschillende watertypen, dus op de waterchemie. Aanvoer van lithotroof grondwater kan niet alleen door kwel bewerkstelligd worden, maar ook door oppervlaktewater, en zodoende zorgen voor gunstige (basenrijke) standplaatscondities. In die zin is van buiten aangevoerd water dus niet altijd ongunstig voor de lokale waterkwaliteit. 1.2 NOV-thema 8 In dit rapport wordt verslag gedaan van het onderzoek dat in het kader van thema 8 van het NOV is uitgevoerd. Thema 8 werd oorspronkelijk omschreven als "deterministisch onderzoek naar de relatie tussen hydrologie, bodem en vegetatie", waarbij de huidige ecologische inzichten, die in andere NOV-projecten zijn geïnventariseerd en beschreven, via deterministisch onderzoek nader worden bezien en processen die hieraan ten grondslag liggen nader worden bestudeerd. De resultaten van dit onderzoek zouden moeten leiden tot inzicht in de variabelen (en hun onderlinge relaties) waarmee de mate van verdroging kan worden weergegeven en de mogelijkheden voor het doen van effectvoorspellingen van maatregelen. In de loop van het onderzoek heeft in overleg met de begeleidingscommissie een toespitsing van deze omschrijving plaatsgevonden, waarbij processen met betrekking tot de basenhuishouding van natte schraallanden (inclusief trilvenen) centraal zijn komen te staan. Aan de hand van twee 'case-studies' (De Weerribben en Groot Zandbrink) is een voor trilvenen in De Weerribben ontwikkelde modelbeschrijving verder uitgewerkt en de overdraagbaarheid naar een ander terreintype (Groot Zandbrink) onderzocht. Dit rapport geeft een beschrijving van de onderzochte processen en de daarvoor geldende modelbeschrijvingen. Op basis van een literatuurstudie wordt meer nadruk gelegd op de bodemchemie dan in veel bestaand ecohydrologisch werk. Het was evenwel bij de uitvoering van het project niet de bedoeling om nieuwe bodemchemische kennis te vergaren. De natuurwaarde speelt op de achtergrond een rol, maar wordt in dit rapport direct verbonden aan al dan niet voorkomen van vegetaties van natte schraallanden die volgens de literatuur bij een basenrijk milieu horen. De modelbeschrijving moet geschikt zijn voor de uitvoering van soortgelijke toetsingen in andere gebieden op venige of venig/zandige bodems, al zullen in sommige gevallen aanpassingen nodig zijn. Voor de twee representatieve natte schraallanden is nagegaan of er voldoende reden is om vast te houden aan de veronderstelling dat de basentoestand een 2

15 Inleiding centrale rol speelt bij (bestrijding van) verdroging, zo ja, of de beschikbare kennis dit voldoende beschrijft, en, in dat geval, of de op onderzoeksniveau gangbare monitoring voldoet om het proces te volgen. De beschrijving is dan ook beschikbaar voor de vervanging van vuistregels in modellen en voor routinematige monitoring. Dit rapport kan beheerders van water en natuur duidelijk maken welke processsen aantoonbaar wel of niet een rol spelen en het bevat informatie die technisch-wetenschappelijk geïnteresseerden nodig hebben om de bevindingen in modellen op te nemen. 1.3 Probleem Natte schraallanden kunnen een zeer grote natuurwaarde hebben en zijn erg gevoelig voor verdroging en voor vermesting en verzuring. Veel beleid, beheer, en herstelwerk is bedoeld om verdroging van natte schraallanden, en indirecte effecten van verdroging, te voorkomen of te verhelpen. Volgens van Wirdum (1991) is er een nauwe correlatie tussen de natuurwaarde en de basentoestand: beneden een niet nauwkeurig bekende waarde voor de basentoestand verdwijnen de waardevolle vegetaties. Een beperkt aantal terreinen, waaronder De Weerribben en Groot Zandbrink, geldt als referentie voor de afleiding van deze hypothese (Jalink & Jansen 1996, Jalink 1996). De hiervoor gebruikte gegevens zijn inmiddels betrekkelijk oud. In beide gebieden zijn later nog veel waarnemingen gedaan om vast te stellen of er zich veranderingen zouden voordoen in reactie op waterbeheersmaatregelen (Kemmers et al. 1994, Van Wirdum 1993, Schouwenberg & Van Wirdum 1997). Maatschappelijk probleem: Bij gebrek aan gedetermineerde proceskennis wordt in de praktijk bij de uitvoering van antiverdrogingsmaatregelen gewerkt met vuistregels, maar de ontwikkeling verloopt vaak anders dan verwacht. Het is niet zeker of de basentoestand werkelijk de causale factor is die de ontwikkeling van de vegetatie bepaalt en of de verzuringsreactie wel omkeerbaar is. Dit is in de praktijk moeilijk na te gaan omdat niemand weet hoe snel welke effecten op de basentoestand van water en bodem en op de vegetatie nu eigenlijk verwacht mogen worden. Binnen NOV-8 is een antwoord gezocht op de vraag of er een significante correlatie is tussen de basenverzadiging op een standplaats en de waterhuishouding, gekwantificeerd in aanvoer van regen- oppervlakte- en grondwater en de chemische samenstelling daarvan. Toegepast-wetenschappelijk probleem: Voor trilvenen in De Weerribben is een kwantitatieve benadering van de regulatie van de basentoestand ontworpen (Van Wirdum 1991, Schouwenberg 1994). Hiermee kunnen op NOV-rapport 8 3

16 Basenverzadiging natte schraallanden veldschaal processen gevolgd worden in tijdstappen van jaren of seizoenen. Om het verloop van de basentoestand voldoende nauwkeurig te beschrijven is een nadere uitwerking nodig, waarbij een beschrijving van de kationenuitwisseling moet worden toegevoegd. Als dat gedaan is kunnen al aanwezige meetgegevens van De Weerribben gebruikt worden voor toetsing. Over de overdraagbaarheid naar andere terreintypen en hoe daarbij met de bijzondere kenmerken van de verschillende standplaatstypen rekening gehouden moet worden, is nog vrijwel niets bekend. De onderzoekers van Groot Zandbrink, een nat schraalland op zandgrond, met een ander waterstandsverloop en een ander humusprofiel dan in De Weerribben (Kemmers et al. 1994) hebben hun gegevens beschikbaar gesteld om na te gaan wat via de regulatie van de basentoestand verklaard kan worden en wat niet. Er is hierbij nagegaan of er met de eerder voor trilvenen in De Weerribben ontwikkelde modelbeschrijvingen, aangevuld met een beschrijving van de kationenwisseling, een juiste verwachting kan worden uitgesproken over de basentoestand van terreinen in De Weerribben en Groot Zandbrink 1.4 Aanpak De kwantitatieve benadering van de regulatie van de basentoestand wordt in relatie tot de vegetatieontwikkeling voor de trilvenen uitgewerkt tot een modelbeschrijving (1), die wordt getoetst met behulp van in De Weerribben verzamelde gegevens, met inbegrip van enkele aanvullende analysen (2), vervolgens overgedragen naar Groot Zandbrink, met aanpassingen op grond van de verschillende terreinkenmerken (3) en daar weer getoetst(4). Modelbeschrijving (1+3) De modelbeschrijving is opgesteld op basis van literatuur en werkt met een gestandaardiseerde beschrijving van de standplaatskenmerken, zodat overdraagbaarheid mogelijk is. De benodigde hydrologische gegevens kunnen zoveel mogelijk uit gangbare hydrologische modellen betrokken worden. De modelbeschrijving maakt het mogelijk de effecten van hydrologische scenario's op de ontwikkeling van beoogde milieutypen in de standplaatsen te beschrijven in tijdstappen van seizoenen of jaren, en er wordt beschreven hoe de aanwezigheid van die milieutypen met metingen aan bodem, water en plantengroei kan worden vastgesteld. Hiermee kan de verwachting worden uitgesproken over hoe snel effecten van maatregelen optreden. Toetsing (2+4) Toetsing vindt plaats op het verband tussen waterhuishouding en chemisch meetbare basentoestand van het water en de bodem en tussen deze laatste en de vegetatie. 4

17 Inleiding Het verband van de bodemeigenschappen en hydrologie met de vegetatie van de onderzoeksgebieden wordt gelegd via ecologische indicatiewaarden. 1.5 Opzet rapport Allereerst wordt een algemene beschrijving gegeven van 'het standplaatsconcept' (Hoofdstuk 2). Deze beschrijving vormt het kader waarbinnen de processen met betrekking tot de basenhuishouding worden beschreven. Een korte beschrijving wordt gegeven van de meest algemene factoren en processen die een rol spelen bij verdroging. Hierbij wordt tevens besproken welke problemen bij vernatting kunnen optreden. In Hoofdstuk 3 komt de basenhuishouding aan de orde. Het bevat een algemene beschrijving van bestaande theorieën omtrent de basenuitwisseling. In hoofdstuk 4 wordt de methode van onderzoek besproken, waarbij nader wordt ingegaan op de gebruikte modelbeschrijvingen. In hoofdstuk 5 en 6 staan de twee 'case-studies' centraal. In de discussie (Hoofdstuk 7) wordt de overdraagbaarheid van de resultaten en van de onderzoekmethode naar andere terreintypen besproken. Tenslotte worden in hoofdstuk 8 de conclusies van het onderzoek gepresenteerd. NOV-rapport 8 5

18 Basenverzadiging natte schraallanden 6

19 Standplaatsconcept 2. STANDPLAATSCONCEPT 2.1 Het standplaatsconcept Vaak wordt bij beschrijving van effecten van verdroging of vernatting uitgegaan van ingrepen in de waterhuishouding. De mate van verdroging of vernatting wordt vervolgens afgelezen uit veranderingen in de vegetatie. Deze zogenaamde black-box benadering wordt vaak toegepast bij monitoring van gebieden waar anti-verdrogingsmaatregelen zijn genomen (Kemmers et al. 1995). Doordat de vegetatie vaak "naijlt" bij veranderingen in de standplaatsfactoren, en de effecten op de vegetatie pas na verloop van tijd zichtbaar worden, nadat er al duidelijk meetbare veranderingen in de black-box kunnen zijn opgetreden. Inzicht in deze black-box biedt de mogelijkheid vroegtijdiger en adequater in te grijpen om ongewenste ontwikkelingen tegen te gaan. De processen binnen de black-box moeten daartoe worden geïdentificeerd en gekwantificeerd (fig. 2.1). NOV-rapport 8 7

20 Basenverzadiging natte schraallanden Voor de uitwerking van NOV-thema 8 is daarom het standplaatsmodelconcept gehanteerd. Hierin wordt de samenhang wijdere omgeving - standplaats - operationele factoren 1 - plantengroei als een hiërarchisch stelsel van het ecodevice (sensu van Wirdum 1979, 1981, 1986, vgl. Van Beusekom et al. 1990) beschreven. Het standplaatsconcept is opgebouwd uit een aantal compartimenten. (fig. 2.2). Binnen deze compartimenten zijn zogenaamde toestandvariabelen en stuurvariabelen te vinden. Vaak zijn de toestandvariabelen van het ene compartiment stuurvariabelen voor het volgende compartiment. Veranderingen in de waterhuishouding beïnvloeden de toestandvariabelen van de verschillende compartimenten. Hoe dit gebeurt en waar deze invloed mede van afhankelijk is staat weergegeven in tabel 2.1. De onderlinge relaties tussen de verschillende variabelen wordt onder andere door Van Beusekom et al. (1990) en Kemmers et al. (1995) beschreven. Een belangrijk uitgangspunt is het concept dat een standplaats, in de landschapsecologie ook wel aangeduid als ecotoop (Runhaar et al. 1987), als middel of "apparaat" (ecodevice sensu Van Wirdum 1979, 1981, 1986) gezien kan worden dat onder invloed van in wijdere omgeving werkzame (anti-) verdrogingsmaatregelen natuur oplevert waaraan een bepaalde waarde voor de natuurbescherming van natte ecosystemen toegekend kan worden en die tevens een indicatie mogelijk maakt van de verdrogingstoestand. Een belangrijk deel van het verschil in botanische natuurwaarden is toe te schrijven aan de variatie in de nutriëntenbeschikbaarheid. De beschikbaarheid van nutriënten in natuurgebieden wordt gereguleerd door de wisselwerking van waterkwantiteit en -kwaliteit met de bodem. Anti-verdrogingsmaatregelen zijn voornamelijk gericht op vernatting van gebieden. Deze heeft naast een verbetering van de vochttoestand van de bodem (a), als doel een afname van de beschikbaarheid van nutriënten door een afname van de decompositie van organisch materiaal (b) en/of het verhogen van de basentoestand (bufferend vermogen) van het systeem (c). Om dit te bereiken kan een aantal maatregelen ter verhoging van het waterpeil worden genomen: - conservering van neerslagwater (a, b) - conservering van aangevoerd grondwater (voornamelijk via stimuleren kwel) (a, b, c) - inlaat van oppervlaktewater (a, b, c) - verlaging van het maaiveld (plaggen/bouwvoorverwijderen) (a, b, (c)) 8 1 factoren die van directe invloed zijn op het voorkomen, de groei, overleving en de reproductie van de plant (bv. vocht- en nutriëntenbeschikbaarheid.