Interne eutrofiëring betekent dat een te groot deel van de voor planten onbeschikbare fosfor en stikstof toch beschikbaar wordt. Dat kan op verschillende manieren. Door verdroging kan veen of slib mineraliseren door de extra zuurstof en komen voedingsstoffen vrij. Ook als zure bodems worden bekalkt is vrijstellen van voedingsstoffen mogelijk. Omgekeerd kan ook, door vernatting van bodems met veel ijzergebonden fosfaat, kan dit fosfaat terug vrijgesteld worden.
Vernatten van fosfaatrijke gronden
Nitraat spoelt bij omvorming van bemeste bodems naar natuur relatief snel uit of denitrificeert. Dat is helaas niet het geval voor fosfaat. Bij vernatting van de bodem kunnen bovendien processen plaatsvinden die fosfaat vrijstellen met eutrofiëring tot gevolg.
Bij lage nitraatconcentraties wordt bij vernatting ijzer gereduceerd van Fe3+ naar Fe2+ (reductie is het omgekeerde van oxidatie). Ijzerverbindingen hebben in gereduceerde toestand echter een beduidend lagere bindingscapaciteit voor fosfaat, waardoor fosfor bij vernatting beschikbaar komt in het bodemvocht en naar de bovenstaande waterlaag. Als de ijzergebonden fosfaatfractie groot genoeg is, zal vernatting altijd leiden tot eutrofiëring, los van de waterkwaliteit. Dit leidt tot hypertrofe omstandigheden met dominantie van snelgroeiende soorten als pitrus of liesgras en algenbloei. Ook riet gedijt slecht onder deze omstandigheden.
Hoewel de mineralisatie van fosfor bij de afbraak van organische stof geremd kan worden door vernatting (organisch materiaal zal immers niet meer mineraliseren vanwege de zuurstofloosheid), blijft het netto-resultaat toch sterke eutrofiëring door de ijzerreductie. Omdat de fosfaatconcentratie na vernatting vele malen hoger is dan de concentratie in het aangevoerde water, kan hier met recht gesproken worden van interne eutrofiëring: de fosfor komt uit het eigen systeem.
Alleen in die bodems waarin maar een kleine hoeveelheid fosfaat aan ijzer gebonden is, zal weinig interne eutrofiëring optreden. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn in kalkrijke bodems, waarin een groot deel van dit nutriënt in de calciumgebonden fractie zit, ongevoelig voor reductie. Los van fosfaatmobilisatie door de reductie van ijzer, kan vernatting met water dat rijker is aan bicarbonaat (harder water), in (licht) zure bodems ook leiden tot versnelde decompositie en mineralisatie van de humus en daarmee tot eutrofiëring.
Enkel permanente aanvoer van ijzerrijk kwelwater in combinatie met een niet te grote verzadiging kan aanleiding geven tot een abiotiek, geschikt voor minder voedselrijke natuurstreefbeelden. Om te weten welk risico men loopt, dient voor de vernatting deze kwel worden ingeschat, alsook de totaal aan ijzer gebonden fosfaat op verschillende dieptes. Dat laatste moet men ook doen als overwogen wordt de grond af te graven, want te ondiep graven leidt tot eutrofiëring en te diep graven is te duur.
Een andere oplossing zou kunnen zijn de fosfor afvoeren op lange termijn door het gebied gewoon onder water zetten, waarna de fosfor vrijkomt in de waterkolom. De hoeveelheid vrijgekomen fosfaat is echter veel te groot om een evenwichtig ecosysteem toe te laten. Een influx van 5 tot 15 kg fosfor per hectare per jaar is voor ondiepe plassen echter al voldoende voor sterke algenbloei in de waterlaag.Door vernatting komt echter evenveel fosfor vrij als bij maaien en afvoeren, namelijk 25kg fosfor per ha/j. Bemerk dat de hoeveelheid fosfor in landbouwbodems tussen de 3000 en 16000 kg/ha ligt. Voor mesotrofe natte natuur is 800 kg/ha (80 mg totaal-P per kg bodem) een goede richtlijn. Fosfor moet dus tientallen tot in het slechtste geval honderden jaren worden afgevoerd op deze manier ((16000-800)/25=600 jaar) . Afgraven lijkt dus momenteel de enige optie. Een controversiële stelling (Lucessen, 2005) is dat het vernatten van landbouwgronden te duur is met te slechte resultaten. Bossen kennen deze problematiek van aan ijzer gebonden fosfaatvoorraden echter niet. Het zou zinvol kunnen zijn deze bossen te vernatten, en landbouwgronden te bebossen.
Ingewikkelder is nitraat dat in de diepere bodemlagen sulfaat kan vrijstellen. Sulfaat reageert vervolgens met veen en breekt dit ook af, waarna fosfaat vrijkomt.
Sulfaat, fosfaat en ijzer
Door het gebruik van landbouwgrond is door de toegenomen bemesting, de beschikbaarheid aan stikstof en fosfaat in landbouwbodems sterk toegenomen. Ammoniak (NH3) oxideert tot nitraat (NO3-), dat zeer mobiel is en uitspoelt naar het grondwater. Hierbij passeert het oude mariene pyrietafzettingen of ijzerdisulfiet. Nitraat reageert met pyriet waardoor sulfaat (SO42-) wordt gevormd. Het grondwater bevat tegenwoordig dus naast calcium, bicarbonaat en ijzer ook hoge concentraties nitraat en sulfaat. Dat sulfaat is trouwens niet enkel het gevolg van pyrietafbraak, maar ook uit atmosferische depositie en gebiedsvreemd water.
Een hoog waterpeil leidt zoals aangegeven tot een daling van de zuurstofbeschikbaarheid (redoxpotentiaal) in de bodem. In combinatie met de hoge sulfaataanvoer in het grondwater zal sulfaat reduceren en dat versnelt de afbraak van organisch materiaal zoals veen. Het sulfide (S2-) dat hierbij gevormd wordt, bindt op zijn beurt weer sterk aan geoxideerd ijzer en ijzer van ijzerfosfaatcomplexen, om in de bodem opnieuw ijzersulfiden (FeSx) te vormen. De concentratie vrij reactief ijzer dat fosfaat kan binden neemt hierdoor af en fosfaat komt vrij. Dit effect wordt nog eens versterkt door de verminderde aanvoer van ijzer en calcium via het grondwater. Aangezien we een peilverhoging hebben doorgevoerd, wordt de kwelstroom immers tegengehouden.
Een natuurlijk peilregime als oplossing?
Door de drainagesloten te dempen vult het systeem zich met regionaal grondwater. Onder natuurlijke omstandigheden is in kwelgebieden sprake van een overschot aan grondwater dat via beken wordt afgevoerd. Indien de afwateringsbeek zo hoog opgestuwd wordt dat geen water meer wordt afgevoerd, stijgt het waterniveau in het gebied tot de stijghoogte van het grondwater. Door het hoge stagnerende waterpeil vindt geen aanvoer van grondwater meer plaats en treedt in de zomer slechts in beperkte mate droogval op. Zoals hierboven beschreven valt te verwachten dat het permanent hoog opstuwen van oppervlaktewater aanleiding zal geven tot een verhoogde eutrofiëring met ammonium en fosfaat.
Door met behulp van een regelbare stuw het grondwater minder extreem op te stuwen (tot beneden de potentiële stijghoogte van het grondwater), blijft een positieve grondwaterdruk gehandhaafd, waardoor doorstroming met grondwater plaats kan blijven vinden. Door het lagere waterpeil, in combinatie met de aanhoudende aanvoer van ijzer en nitraat via het grondwater, daalt de redoxpotentiaal in de bodem minder sterk. Hierdoor wordt sulfaatreductie en daarmee gepaard gaande ijzeruitputting en fosfaatmobilisatie geremd (LUCASSEN et al., 2004b). Het fosfaat dat toch vrijkomt in de bodem wordt gebonden aan geoxideerd ijzer in de nog zuurstofbevattende toplaag van de bodem of wordt afgevoerd via de stromende waterlaag. Door het waterpeil in de zomer niet meer op te stuwen, treedt, zoals van nature, droogval op. Hierdoor oxideert eventueel gevormd FeSx, waardoor weer geoxideerd ijzer gevormd wordt dat fosfaat kan binden. Het sulfaat dat bij oxidatie van FeSx vrijkomt, kan het systeem verlaten via de waterlaag wanneer de invloed van grondwater weer toeneemt (LUCASSEN et al., 2005b). Wisselende natuurlijke waterpeilen bevorderen tevens het verlies van stikstof uit het systeem doordat nitrificatie (omzetting van ammonium tot nitraat) kan plaatsvinden in de zuurstofrijke toplaag, gevolgd door denitrificatie (omzetting van nitraat tot stikstofgas) in diepere zuurstofloze bodemlagen (SMOLDERS et al., 2003).
Literatuur
Lamers L, Lucassen E, Smolders F & Roelofs J. (2005) Fosfaat als adder onder het gras bij 'nieuwe natte natuur'. H2O. https://edepot.wur.nl/14373 (opent nieuw venster)
Boers P. en Uunk J. (1990). Methode voor het schatten van de nalevering van fosfaat door de waterbodem na vermindering van de externe belasting. Rijkswaterstaat, Dienst Binnenwateren/RIZA. 35 pp.
Jaarsma N., Klinge M., Lamers L. (2008). Van helder naar troebel... en weer terug. Een Ecologische systeemanalyse en diagnose van ondiepe meren en plassen voor de kaderrichtlijn water. Utrecht: STOWA. Stowa-rapportnummer 2008-04. https://edepot.wur.nl/3210(opent nieuw venster)
Lucassen E & Roelofs J (2005) Vernatten met beleid: lessen uit het recente verleden. Natuurhistorisch maandblad 94: 211-215.