Landbouwdrainage verandert de bodem ingrijpender en sneller dan voorheen werd aangenomen
Behalve als opslagsystemen voor koolstof werken bodems ook als filtersystemen, waardoor oppervlaktewater en grondwater schoon blijven. Minerale deeltjes in de bodem (zoals klei) zijn cruciaal voor de sorptie en stabilisatie van organische stoffen en nutriënten (zoals fosfaten), en kunnen ook de toxiciteit van bestrijdingsmiddelen verminderen. Uit een onderzoek uit 2008 bleek dat er sprake was van aanzienlijk verlies van minerale deeltjes in de buurt van drains, slechts 16 jaar na de installatie. Voorheen werd aangenomen dat dergelijke veranderingen eeuwen tot millennia in beslag zouden nemen. Ondanks deze bevindingen werd de studie pas herhaald nadat het door de EU gefinancierde project IDESoWa (Increased drainage effects on soil properties and water quality) voor het eerst ging onderzoeken hoe de kringloop van organische stoffen en nutriënten worden beïnvloed door veranderingen in de minerale samenstelling van de bodem. Net als in de studie van 2008 vond het IDESoWa-project verlies van kleideeltjes in de buurt van drains. “De veronderstelling dat de omstandigheden van bodemmineralen tijdens een mensenleven vrij statisch blijven, moet opnieuw worden geëvalueerd”, aldus Antra Boča, Marie Skłodowska-Curie-onderzoeker van de Latvia University of Life Sciences and Technologies, de gastheer van het project.
Landbouwdrainage en bodemontwikkeling
Technieken voor het beheer van grondwater zoals ondergrondse drainagesystemen kunnen de bodemprocessen veranderen. Toch zijn er verrassend weinig studies geweest naar het effect van menselijke activiteiten op de minerale bodemsamenstelling. Om meer te weten te komen over het effect van landbouwdrainage op bodemprocessen, heeft het IDESoWa-team putten gegraven die loodrecht staan op drainagebuizen in drie verschillende scenario’s voor landgebruik. Dit waren: kleileem onder bewerkte landbouwgrond en weiland gevormd op keileemsedimenten uit de IJstijd en slibleem onder niet bewerkte landbouwgrond gevormd op sedimenten uit gletsjermeren. De onderzoekers verzamelden bodemmonsters op diverse afstanden van de drain. De bodem die het verst van de drain verwijderd is, ondervindt de meest vergelijkbare waterverzadigingsomstandigheden als vóór de installatie van de drain, waardoor een vergelijking mogelijk wordt tussen onveranderde en veranderde bodems. De grond werd bemonsterd tot de diepte van de drains, ongeveer 1 meter, om de minerale samenstelling te bepalen, evenals de fosforsorptiecapaciteit, organische koolstofstabiliteit en stikstofkringloop. “Hoewel de pandemie bepaalde gegevens heeft vertraagd, hebben we al interessante resultaten verkregen. We ontdekten dat 40 jaar ondergrondse drainage de minerale samenstelling van de bodem zo substantieel kan veranderen dat het zelfs kan worden waargenomen in zulke heterogene materialen als keileem”, aldus Boča. Enigszins verwarrend ontdekte het team dat de concentratie van het totaal aan ijzer niet veranderde met de afstand tot de drain, zoals wel het geval was voor klei. "Omdat ijzer nauw verbonden is met kleideeltjes, zou een soortgelijk verlies als dat van klei kunnen worden verwacht. Bovendien zouden de verschillende reductie-oxidatieomstandigheden in de bodem op verschillende afstanden van de drain invloed moeten hebben op de mobiliteit van ijzer. De bodem dichter bij de drain had doorgaans minder last van zuurstofgebrek omdat het water snel wegstroomt, terwijl de boden verder van de drain wel last heeft van zuurstofgebrek omdat er een grotere kans is op verzadiging met water”, vervolgt Boča. Om dit op te volgen, is het team van plan om verschillende vormen van ijzer te bestuderen aangezien de huidige bevinding onlogisch lijkt. “Gezien het belang van ijzer voor de kringloop van nutriënten en organische stoffen, moeten we begrijpen wat er gebeurt”, voegt Boča toe.
Duurzaam bodembeheer
Mineralen zijn essentieel voor de bodem en beïnvloeden veel biologische en chemische processen. Het begrijpen van veranderingen die worden veroorzaakt door ondergrondse drainagesystemen zal bijdragen aan de integratie van ecosysteemdiensten in landbouwpraktijken, zoals de opslag van organische stoffen in de bodem en de filtratie van nutriënten en bestrijdingsmiddelen. “Als alle gegevens zijn geanalyseerd, zouden de resultaten kunnen helpen de bodembeheermethoden te verbeteren voor kunstmatig gedraineerde bodems die in veel Europese landen voorkomen”, merkt Boča op. Toekomstige werk zal onderzoeken hoe de veranderingen in bodemmineralogie de giftigheid van bestrijdingsmiddelen beïnvloeden. Dit zal gebeuren op velden met zowel gecontroleerde (waar het water langer in de bodem blijft) als ongecontroleerde drainagesystemen. Beide systemen leiden tot verschillende reductie-oxidatieomstandigheden voor verwering en transformaties van mineralen, die waarschijnlijk ook invloed hebben op de interacties tussen mineralen en bestrijdingsmiddelen in de bodem.
Keywords
IDESoWa, drainage, water, organische stoffen, nutriënten, verontreinigende stoffen, bodem, mineralen, klei, ijzer, bestrijdingsmiddelen
