Verzuring

Buffers

Bij de neerslag van verzurende stoffen, zijn er mechanismen die de verzuring initiëel tegengaan. Zo treden verschillende buffermechanismen in werking waarbij protonen vastgelegd of verwijderd worden. Bij bodems met hoge pH (lage bodemzuurtegraad) worden bijkomende protonen geneutraliseerd door een reactie met kalk (calciumcarbonaat). Wanneer al het vrije kalk weggereageerd is, worden protonen uitgewisseld tegen de zogenaamde basische kationen (kalium,calcium en magnesium) die zich op het uitwisselingscomplex van de bodem bevinden. Het uitwisselingscomplex van de bodem bestaat uit negatief geladen klei- en leempartikels en het organisch materiaal waaraan de kationen (positieve ionen) gebonden zijn. Bij deze uitwisseling worden protonen vastgelegd op de plaatsen waar zich eerst kationen bevonden. De kationen komen dan in oplossing en als ze niet worden opgenomen door de vegetatie, logen ze via percolerend water uit naar het grondwater of naar diepere bodemlagen.

Bij verzuring verarmt de bodem dus omdat de concentratie aan basische kationen daalt. Een verdere daling van de bodem-pH (pH < 4,5 à 5) veroorzaakt het in oplossing gaan van aluminium- en ijzerhydroxiden. Vooral het in oplossing komen van aluminium is een probleem, want het is giftig voor talrijke soorten. Samenvattend kunnen we stellen dat de belangrijkste gevolgen van bodemverzuring het uitlogen van basische kationen (verarming van de bodem) en het in oplossing gaan van het toxische aluminium zijn. Ook leidt bodemverzuring tot verstoorde nutriëntenverhoudingen.

Hoeveel depositie?

Sinds 1994 worden de deposities opgemeten in vijf Vlaamse bossen (Zoniënwoud in Groenendaal, domeinbos De Inslag in Brasschaat, domeinbos van Ravels, Aelmoeseneiebos in Gontrode en Wijnendalebos in Torhout (zie o.a. Verstraeten et al. 2012, Natuurpuntfocus, 2012/4 De Schrijver et al). De gemiddelde jaarlijkse stikstof- en zwaveldeposities in deze vijf Vlaamse bossen bedroeg in 2011 respectievelijk 18,5 en 9,4 kg per hectare, terwijl buiten bos gemiddeld 11,7 kg stikstof en 5,1 kg zwaveldepositie viel (Verstraeten et al. 2012). Zowel de zwavel- als de stikstofdeposities daalden significant sinds het begin van de meetcampagne in 1994 als gevolg van de maatregelen tegen de uitstoot van ammoniakgas en zwaveldioxide door respectievelijk de landbouwsector en de industrie. Ter vergelijking: in Scandinavische bossen in regio’s met een lage industrialisatiegraad en landbouwactiviteit varieert zowel de stikstof- als de zwaveldepositie van 0,5 tot 3,5 kg per hectare per jaar. In gras- en heide-ecosystemen in Vlaanderen gebeuren momenteel geen directe metingen van verzurende deposities.

Naald- en loofbos

Naaldbossen vangen bijna dubbel zoveel atmosferische deposities in als loofbossen (De Schrijver et al. 2007.The effect of forest type on throughfall deposition and seepage flux: a review. Oecologia 153:663-674.). Dit komt doordat naaldbomen een groot onderscheppend oppervlak hebben in vergelijking met loofbomen en gedurende het hele jaar droge depositie invangen door hun altijdgroene karakter. De hogere input van verzurende stoffen en de tragere afbraak van het strooisel maakt dat bodems van naaldbossen dus meestal zuurder zijn dan van loofbossen. Binnen de naald- en loofbossen bestaat er echter nog een grote variatie, veroorzaakt door de aanwezige boomsoort en het bodemtype. De naaldbossen op de slecht gebufferde zandbodems in Vlaanderen en Nederland zijn sterk verzuurd en bevatten hoge concentraties aan uitwisselbaar aluminium.

Verdroging

Verdroging bijvoorbeeld door het droogtrekken van landbouwgebieden, kan eveneens verzuring van de bodem veroorzaken. Natte heischrale graslanden zijn ecosystemen waarvan de bodem zich optimaal in het kationenuitwisselingsbufferbereik bevindt (pH > 4,5). Vele soorten van deze graslanden zijn bijzonder gevoelig voor verzuring. De bodembuffercapaciteit wordt in deze ecosystemen op peil gehouden door de invloed van zwak gebufferd grondwater dat zorgt voor de aanvoer van basische kationen. Bij verdroging zal de aanvoer van gebufferd grondwater niet meer of in mindere mate plaatsvinden. Omdat het uitwisselingscomplex dan minder wordt aangevuld met basische kationen, verzuurt de bodem. Vooral zandbodems met weinig buffercapaciteit zijn extra gevoelig voor verdrogingsgerelateerde verzuring.

Effect op biodiversiteit

Atmosferische stikstofdeposities veroorzaken zowel verzuring als vermesting, welke beide een rol spelen in het verlies aan biodiversiteit, maar dikwijls moeilijk te ontrafelen zijn. (Natuurpuntfocus, 2012/4 De Schrijver et al). In het Verenigd Koninkrijk werd bij een toename van de stikstofdeposities in halfnatuurlijke graslanden een duidelijke afname vastgesteld van het aantal plantensoorten en een toegenomen dominantie van competitieve en zuurtolerante soorten (Stevens et al. 2004, 2010). Voor heidevegetaties en nutriëntenarme heischrale graslanden werd in het natuurgebied Staverden in Nederland een verband vastgesteld tussen de plantendiversiteit en de zuurtegraad van de bodem (Roem & Berendse 2000). Soorten als Klokjesgentiaan, Borstelgras, Blauwe knoop, Witte snavelbies en Stekelbrem gingen sinds 1950 sterk achteruit in Nederland en werden in Staverden enkel teruggevonden op bodems met pH hoger dan 5 en met gebalanceerde nutriëntenverhoudingen. Ook in Vlaanderen werden kiemplanten van Klokjesgentiaan enkel gevonden in minder zure bodems (Vanreusel & Smets 2002). Een studie van De Graaf et al. (2009) legde de relatie tussen toenemende aluminiumconcentraties in de bodemoplossing en een afname van het aantal soorten in halfnatuurlijke heischrale graslanden. Ook in bossen werden de voorbije decennia verschuivingen in de kruidvegetatie vastgesteld. Bij heropnames van de vegetatie in o.a. Tournibus, Meerdaalwoud en de Gaume werd een significante toename vastgesteld van het aantal zuurtolerante plantensoorten (Baeten et al. 2008). Om de effecten van verzuring op de biodiversiteit en het functioneren van ecosystemen eenduidig te kunnen vaststellen, voeren wetenschappers vaak experimenteel onderzoek uit. Door het toedienen van aluminium aan de bodemoplossing kan men nagaan wat de effecten zijn op bijvoorbeeld kieming en overleving van bepaalde soorten. De kieming van kwetsbare soorten als Blauwe knoop, Stijve ogentroost, Witte snavelbies en Klokjesgentiaan verminderde sterk in bodems waaraan aluminium werd toegediend (Roem et al. 2002).

Via bekalking (toedienen van basische kationen) kan men de zuurtegraad van de bodem en de concentraties aan biobeschikbaar aluminium verlagen en de concentraties aan biobeschikbaar calcium en magnesium verhogen. Omdat slakken een hoge hoeveelheid calcium nodig hebben om te groeien en zich te vermenigvuldigen, zijn het zeer gevoelige bio-indicatoren voor calciumbeschikbaarheid, en dus ook voor bodemverzuring. In een 80-100-jarig beukenbos in Zweden stelde men in bekalkte proefvlakken een toename vast van zowel de soortenrijkdom als de dichtheid van de slakkengemeenschap (Gardenfors 1992). De beschikbaarheid van calcium kan een effect hebben op het broedsucces van vogels. In verzuurde naaldbossen was het broedsucces van de Koolmees opvallend laag, wat veroorzaakt werd door een verminderde calciumbeschikbaarheid in het ecosysteem (Graveland et al. 1994, 1995). Om een groot aantal eieren van voldoende stevigheid te maken, hebben Koolmezen grote hoeveelheden calcium nodig, wat ze proberen te bekomen door actief op zoek te gaan naar slakkenhuizen. Een dalende slakkenpopulatie kan dus verregaande gevolgen hebben voor de hogere niveaus van het voedselweb. Een langlopend bekalkingsexperiment (het Park Grass Experiment, gestart in 1856) in halfnatuurlijke kamgraslanden in het Verenigd Koninkrijk toonde een sterke afname aan van het voorkomen van mossoorten wanneer de bodems zuurder werden. Bij pH-waarden lager dan 4,5 waren in dit experiment nog nauwelijks mossoorten aanwezig (Virtanen et al. 2000). Verstoorde verhoudingen van nitraat en ammonium in de bodemoplossing ten gevolge van vertraagde nitrificatie (omzetting van ammonium naar nitraat) kunnen eveneens nadelig zijn voor bepaalde soorten. Hoge ammoniumconcentraties in de bodemoplossing bleken verantwoordelijk voor de sterke achteruitgang van Spaanse ruiter en Valkruid in Nederland (De Graaf et al. 1998, Roelofs et al. 1996), zeldzame soorten van nutriëntenarme graslanden. De meer zuurtolerante Struikhei ondervond dan weer geen nadeel van hoge ammoniumconcentraties in de bodemoplossing. Hoge aluminiumconcentraties zijn ook nefast voor het ondergrondse bodemleven. Arbusculaire mycorrhiza zijn schimmels die het absorberend oppervlak van het wortelstelsel vele malen kunnen vergroten, wat positief is voor de opname van nutriënten. In eikenbossen in Zweden werden minder van dit type mycorrhiza gevonden in bodems met hogere aluminiumconcentraties (Goransson et al. 2008). Vooral in nutriëntenarme bodems kan een aantasting van mycorrhiza resulteren in verminderde opname van bepaalde nutriënten (bv. fosfor). Ook regenwormen worden negatief beïnvloed door bodemverzuring. Hoewel er een aantal zuurtolerante regenwormsoorten bestaan, komen de meeste niet meer voor in zure bodems (Figuur 5). Een uitgebreide studie onder verschillende boomsoorten in Denemarken (Schelfhout 2010, zie Figuur 6) toonde een duidelijke afname aan van het aantal regenwormsoorten en de biomassa van de regenwormen onder boomsoorten die een verzurende invloed hadden op de bodem. Onder Fijnspar was de bodem zuurder en werden signifi cant minder regenwormen aangetroff en dan onder eik en Beuk. Onder Es, esdoorn en linde was de bodemverzuring het laagst en de soortenrijkdom en biomassa aan regenwormen het hoogst.