Verwering: De Minerale Motor in de Bodem. Hoe om te gaan met hypotheses?

Transcriptie

1 Verwering: De Minerale Motor in de Bodem Hoe om te gaan met hypotheses?

2 Minerale Verwering is de basis onder bodemvruchtbaarheid Veldspaat (langzame reactie): 2KAlSi 3 O 8 + 2H + + CO H 2 O 2K + + CO Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2SiO 2 Olivijn (snelle reactie): Mg 2 SiO H + + 2CO H 2 O 2MgCO 3 + SiO 2 + 2H 2 O Minerale Verwering is belangrijkste mechanisme waarmee CO 2 uit de atmosfeer wordt verwijderd (Hartmann 2013). Om steenmeeltoepassing in te zetten als klimaatmaatregel moet je dit heel precies kunnen meten!!

3 Precies???? Verwering is lastig te meten. Bestaande methoden en modellen geven zeer uiteenlopende resultaten. Kloppen de hypothesen waarop ze berusten wel? Futter et al 2012

4 Weathering rate (kg/ha/yr) Jonge Bodems verweren sneller omdat: Ze meer snel verweerbare mineralen bevatten met een relatief onverweerd oppervlak (Taylor& Blum 1995) Amfibool, Biotiet, Anorthiet Ze hebben gemiddeld per jaar meer zuur ontvangen (Bergsma 2019) 1000 K-veldspaat, Albiet??????? K-veldspaat, Albiet K-veldspaat, Albiet Soil age (year)

5 De data van Taylor en Blum tonen aan dat: De mineralogisch armste bodems de hoogste verwering laten zien????????

6 Kalium Verweringsprofiel Bommenlijntje

7 Hoge Veluwe: Jonge Bodem-Oude Bodem Profiel 74 jaar Profiel jaar kationen A/E C afname A/E C afname Diepte (cm) Kwarts (%) K-veldspaat (%) K % % Albiet (%) Na % % Muscoviet (%) K % % Biotiet (%) K, Mg, Fe % % Granaat (%) Ca % % Epidoot (%) Ca % % Chloriet (%) Mg % % Verwering (kg/ha/yr) % van het zuur in de bodem wordt geneutraliseerd door K en Na.

8 Gemodelleerde waarden voor een NL zandbodem vergeleken met gemeten waarden (Bommenlijntje Hoge Veluwe) Mineraal Klassifikatie volgens Sverdrup (1990) Berekende verwering (eq/ha/yr) Gemeten verwering (eq/ha/yr) K-veldspaat, Muscoviet Zeer langzaam Albiet Langzaam Epidoot Vrij snel Biotiet Vrij snel Chloriet Vrij snel Granaat Snel Totaal Manual on methodologies and criteria for Modelling and Mapping Critical Loads & Levels and Air Pollution Effects, Risks and Trends (

9 De bijdrage van de minerale verwering aan de neutralisatie/buffering van de bodem is zwaar onderschat.

10 Waardoor dacht men dan dat het zuur door de bodem geneutraliseerd/gebufferd werd? 1.Uitwisselingscomplex 2.Diepere ondergrond Gaan we dit keer niet op in

11 Uit de hoed: het Uitwisselingscomplex (B-ware 2018, naar van Breemen et al 1983) In mineral soils with a large cation exchange capacity and high base saturation, this buffering may hold for several hundred years, even at relatively high inputs.

12 keq/ha Feitelijke bijdrage Uitwisselingscomplex 350 Bijdrage neutralisatie door verwering en uitwisseling vergeleken met cumulatieve zuurinput sinds Zandwinning Lemelerberg 200 Noordijk BC verwering H+ cumulatief BC uitwisseling

13 Zandwinning zuidkant Lemelerberg in gebruik tot 1966

14 Is dit wel het gevolg van verwering?

15 Ti (mg/kg) Zandkuil Lemelerberg Check!! De K/Ti 800 verschuiving K (mg/kg)

16 10 jarige verzuring 600,0 500,0 400,0 300,0 40 jarige verzuring 200,0 100,0 Michalopoulos en Liodakis 2012 Horswill ,0 ph 7,9 ph 6,2 ph 4,4 Al, Fe w BC w BC ex

17 De bijdrage van het kation uitwisselingscomplex aan de neutralisatie/buffering van de bodem is (zwaar) overschat.

18 Is ook gewoon silicaatverwering: En Aluminiumbuffering? Bij lage ph gaan de aluminium(hydr)oxiden in oplossing (1) 2 Veldspaat + H 2 O + 2H + Klei + Silica + 2K + ph > 4,2 (2) 2 Veldspaat + 2H 2 O + 8H + Silica + 2Al K + ph < 4,2

19 De term aluminiumbuffering is verwarrend en misleidend.

20 (Virtuele) Levensduur van het Uitwisselingscomplex Modelmatige verwering 1. Gemiddelde zuurdepositie 3 keq/hectare per jaar 2. Zandbodem met CEC van 50 keq/hectare en 80% BV. 3. Verwering 0.1 keq/hectare per jaar Reële verwering 1. Gemiddelde zuurdepositie 3 keq/hectare per jaar 2. Zandbodem met CEC van 50 keq/hectare en 80% BV. 3. Verwering 1 keq/hectare per jaar BC tegoed 14 jaar BC tegoed 20 jaar We zijn er dus nog niet!

21 (Virtuele) Levensduur van het Uitwisselingscomplex Deel II Reele verwering met Al Gemiddelde zuurdepositie 3 keq/hectare per jaar 2. Zandbodem met CEC van 50 keq/hectare en 80% BV. 3. Verwering 1 keq/hectare per jaar 4. Aluminiumverwering 1,5 keq Reele verwering met Al 3+ en 70% neutralisatie 1. Gemiddelde zuurdepositie 3 keq/hectare per jaar 2. Zandbodem met CEC van 50 keq/hectare en 80% BV. 3. Verwering 2,5keq/hectare per jaar 4. 70% neutralisatie BC tegoed na 80 jaar BC tegoed oneindig

22 Waarom valt Calcium zo op in de bodem? Horswill 2008 Immobiele Voorraad (meq-kg) Verdwenen door Neutralisatie/Buffering Vanuit Immobiel (meq-kg) Vanuit uitwisselbaar (meq-kg) Ca Mg K Na Omdat de uitwisselbare fractie de meest gemeten fractie in de bodem is en calcium daarin de grootste variatie laat zien.

23 Het meten van de uitwisselbare kationen is niet voldoende om de bodemvruchtbaarheid in kaart te brengen

24 Hoe komt dat? 7 km/uur Ca Grondwater K 70 km/uur (Uitwisselingscomplex) (Niet uitwisselbare voorraad)

25 Bekalking herstelt het uitwisselingscomplex maar niet de kalimineralen Calcium verwering reageert minder sterk op zuur: calcium neemt af aan het complex 14 km/uur Ca Grondwater K 140 km/uur Kalimineralen verweren sneller door extra zuur input: je ziet geen afname aan het uitwisselingscomplex.

26 CEC (µeq/kg) Is dit uitwisseling of Albuffering?? Vragen, en nog meer vragen Dataset Landschap Overijssel analyses B-ware Zou leeg moeten zijn??? Voetgangertjes 60 Geen eenduidige relatie tussen ph en BV Autootjes CEC BV-s ,8 3,3 3,8 4,3 4,8 ph

27 ph Sr extract Is er dan een relatie tussen mineralogie en ph? 4,6 4,4 4,2 4 3,8 3,6 3,4 R² = 0,1931 3, K mg/kg

28 Wordt positieve relatie BV en ph bepaald door baseverzadiging met Ca of door toename bulk Ca? 14 km/uur Ca Grondwater K 140 km/uur Omdat we ons richten op herstel van het uitwisselings-complex raakt de bodemchemie uit balans. Heeft dat consequenties voor de verwering?

29 Zorgt Kalk voor zand in de Minerale Motor? Akkerland Heide C-horizon A-horizon Afname A-horizon Afname K-veldspaat % (K) % % Plagioklaas % (Na, Ca) % % Epidoot (Ca) % % % Granaat (Ca) % % % Totaal silicaatmineralen verdwenen % 2.73 % 2.76 % Verwering kalimineralen neemt toe Verwering calcium mineralen neemt af

30 Ja, maar dat is maar één meting Er zijn ook effecten van bekalking op verwering in de literatuur te vinden: 1.Er zijn 2 onderzoeken waar afname verwering van Camineralen is vastgesteld (Turpault 2009, Lepleux 2013) 2.Er zijn 2 onderzoeken waar toename verwering van K- mineralen is vastgesteld (Uroz 2011, Baland-Boulou-Bi 2012)

31 Verweringsindex Verweringsindex Lopend verweringsonderzoek op 7 locaties waarvan 5 in natuurgebied. 1,40 Verwering Mg 1,40 Verwering Ca 1,20 1,20 1,00 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 ongecultiveerd weiland ongecultiveerd landbouw landbouw 0,80 0,60 0,40 0,20 ongecultiveerd weiland ongecultiveerd landbouw landbouw 0,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 ph 0,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 ph Grote verschillen in Ca- en Mg-verwering nog zichtbaar na 50 jaar

32 Bekalken verandert de mineralogische verwering in de bodem. Dit is contraproductief als steenmeel wordt toegepast.

33 Samenvattend 1. De bijdrage van de minerale verwering aan de neutralisatie buffering van de bodem is zwaar onderschat. 2. De bijdrage van het kation uitwisselingscomplex aan de neutralisatie/buffering van de bodem is (zwaar) overschat. 3. De term aluminiumbuffering is verwarrend en misleidend. 4. Het meten van de uitwisselbare kationen is niet voldoende om de bodemvruchtbaarheid in kaart te brengen. 5. Bekalken verandert de mineralogische verwering in de bodem. Dit is contraproductief als steenmeel wordt toegepast.

34 Bedankt!

35 1. Wat zijn de kansen en risico s van het gebruik van steenmeel: Wees voorzichtig met het toepassen van mono minerale steenmeelsoorten Steenmeel is een goede klimaatmaatregel 2. Is toediening steenmeel een no-regret maatregel? Ja, want wat je kwijtraakt aan mineralen in de bodem moet je aanvullen Nee, want als je het verkeerd doet zit je voor decennia met de gevolgen We zullen moeten accepteren dat steenmeel maar ook andere ingrepen vaak gepaard gaan met nadelige effecten voor bepaalde soorten om erger te voorkomen 3. Wat zijn de belangrijke kennishiaten? Zijn deze te prioriteren voor onderzoek? Zoals op 18 feb misschien zal blijken lopen de meningen over de bodemprocessen sterk uiteen. Het is zaak om daar helderheid in te krijgen voor een optimale toepassing van silicaatmineralen (steenmeel).