Fosfaat

Fosfaat in de bodem (deels uit Natuurpunt Focus 2013/4, De Schrijver A. et al) In tegenstelling tot stikstofverbindingen zijn fosfaten nauwelijks oplosbaar, noch worden ze omgezet in vluchtige verbindingen (stikstofgas vb), ze accumuleren dan ook zeer sterk in de bodem. Een hoog fosfaatgehalte kan daarom zeer lang in de bodem aanwezig blijven. Honderden tot zelfs duizenden jaren na stopzetting van het voormalige landbouwgebruik worden nog steeds verhoogde fosfor-concentraties in de bodem teruggevonden (Mclauchlan 2006). Deze verhoogde fosfor-concentraties in voormalige landbouwbodems worden zelfs door archeologen gebruikt om te lokaliseren welke sites in het verleden door mensen bezet werden (Mclauchlan 2006). Planten kunnen slechts een klein deel van de totale bodem-fosfor-voorraad direct gebruiken, namelijk het oplosbare of biobeschikbare deel. Deze maakt slechts maximaal 20% uit van de totale voorraad. De traag-circulerende of actieve fosfor-pool is de pool waaruit fosfor relatief eenvoudig kan omgezet worden naar de biobeschikbare fosfor-pool. Deze pool bestaat uit fosfaat geadsorbeerd aan bodemdeeltjes of fosfaat dat gereageerd heeft met bijvoorbeeld calcium, ijzer of aluminium. Een deel hiervan kan in oplossing gaan als planten biobeschikbaar fosfaat opnemen. Tenslotte is er nog een deel gefixeerd fosfaat dat niet zal oplossen. De grootte van de totale fosfor-pool is sterk afhankelijk van de textuur van de bodem en meer bepaald van de concentraties Fe, Al en Ca die daarmee kunnen samenhangen. Zandbodems zullen over het algemeen lagere concentraties totaal fosfaat bevatten dan leem- of kleibodems. Door hun lager percentage klei en organisch materiaal hebben zandbodems een lagere capaciteit tot binding van kationen en daardoor ook lagere concentraties Fe en Ca dan leem- en kleibodems, waardoor deze ook minder fosfor kunnen vasthouden. Ijzerrijke klei- of leembodems onder landbouwgebruik hebben dus vaak significant hogere fosforvoorraden dan ijzerarme bodems, maar daarom nog geen hogere biobeschikbare fosforconcentraties. Meer nog, meestal hebben ze een lagere fractie biobeschikbaar fosfor bevatten dan ijzerarme bodems. I pH De zuurtegraad van de bodem speelt ook een belangrijke rol in de verdeling van fosfor over de verschillende fracties. In bodems met lage pH-waarden (dus eerder zure bodems) is fosfaat voornamelijk gebonden aan Al en Fe, terwijl in bodems met hoge pH-waarden fosfaat voornamelijk gefixeerd is aan Ca. Bij pH-waarden lager dan ca 4,5 (hier pH-H20) neemt de fixatie aan Fe en Al echter opnieuw af. Bodemverzuring kan dus aanleiding geven tot hogere biobeschikbaarheid van fosfaat. Fosfaat en grondwater Het verlagen van de grondwatertafel in functie van landbouw of ten gevolge van waterwinning leidde tot de degradatie van grondwaterafhankelijke natuur zoals natte heide of nat heischraal grasland, dotterbloemhooiland of kleine en grote zeggenvegetaties. Met het oog op het herstel van dergelijke waterafhankelijke habitats is vernatting noodzakelijk. Maar vernatting alleen leidt vaak niet tot een volledig herstel. Bij aanvoer van ijzer of calciumrijk grondwater, waardoor extra fosfaatbinding optreedt, zijn goede resultaten te behalen. Maar wanneer het aangevoerde water arm is aan ijzer of calcium en een aanzienlijke fractie van de fosfor in de bodem aan ijzer gebonden is, kan vernatting net leiden tot een extra vrijstelling van fosfaat. Bij vernatting vermindert de zuurstofconcentratie in de bodem, wat maakt dat een deel van het in de bodem aanwezige Fe reduceert van Fe3+ naar Fe2+. De binding tussen Fe2+ en fosfor is echter veel minder sterk dan tussen Fe3+ en fosfor (van Gerven et al. 2011). Dit maakt dat vernatting resulteert in een mobilisatie van fosfor in de bodemoplossing en in het geval van een plasdras situatie ook in de bovenstaande waterlaag. Hierdoor wordt de biobeschikbare fractie van fosfor nog groter. Dit probleem van interne eutrofiëring kan nog versterkt worden wanneer het aangevoerde grondwater rijk is aan sulfaat. In organische bodems (veenbodems) kan sulfaat na vernatting gereduceerd worden tot het giftige sulfide. Dit sulfide kan met het gevormde Fe2+ neerslaan tot ijzersulfide (FeS) of pyriet (FeS2). Hierdoor is er minder Fe2+ beschikbaar om fosfaat te binden en blijft meer fosfaat plantbeschikbaar in de bodemoplossing. Wanneer al het Fe in de bodem vastgelegd is als ijzersulfide kan het toxische sulfide zich bovendien ophopen in de bodem (Smolders et al. 2006). Vernatting van voormalige landbouwbodems kan dus ernstige problemen opleveren voor het herstel van soortenrijke natuur. Om in te schatten of een bepaald perceel geschikt is om te vernatten is het daarom zinvol om de chemische samenstelling van het grondwater en van de bodem te analyseren. Als het grondwater zeer ijzerrijk is, is het risico op interne eutrofiëring kleiner omdat veel Fe wordt aangevoerd en zo de kans op fosfaatbinding verhoogt. Het grondwater moet wel voldoende doorstroming hebben zodat telkens nieuw Fe wordt aangevoerd. Om in te schatten of een risico bestaat op interne eutrofiëring wordt de (Fe-S)/fosfor-verhouding (te berekenen op molaire basis) in de bodem vaak gehanteerd. Deze verhouding geeft een inschatting van de hoeveelheid ijzer die beschikbaar is voor fosfaatbinding. Wanneer deze verhouding kleiner is dan vijf is het risico op fosfaatnalevering bij vernatting of in natte omstandigheden groot. Wanneer deze verhouding groter is dan tien is het risico op fosfaatnalevering bij vernatting of in natte omstandigheden heel beperkt (Boers & Uunk 1990). Wanneer getracht wordt om voormalige landbouwgrond om te vormen naar natte soortenrijke graslanden treedt vaak overheersing op door Pitrus Juncus effusus (Lamers et al. 2009). In de Nederlandse literatuur beschrijft men dit als ‘verpitrussing’ en wordt gesteld dat dit veroorzaakt wordt door de hoge biobeschikbare fosfaatconcentraties. Omdat deze bewering gebaseerd is op vrij weinig meetgegevens (zie Lamers et al. 2009) is bijkomend onderzoek noodzakelijk. fosfor in landbouwpercelen en in natuurgebied: een wereld van verschil Om natuurherstel op voormalige landbouwbodems te realiseren is het van belang per habitattype streefwaarden op te stellen voor biobeschikbaar en traag-circulerend P. In vergelijking met landbouwbodems bevatten natuurgebieden vaak zeer lage concentraties biobeschikbaar en traag-circulerend P. De biobeschikbare fosfor-concentraties in heischraal grasland (< 10 mg/kg) en in glanshavergrasland met Grote pimpernel (<15 mg/kg) liggen zeer laag, terwijl landbouwbodems biobeschikbare fosfor-concentraties hebben die kunnen variëren tussen 60 en 150 mg/kg. Voor traag circulerend fosfor is het nog erger, tussen de 400 en 600 mg/kg op weilanden en akkers. Fosfor en biodiversiteit: eveneens een onverzoenbaar duo Recent onderzoek toonde aan dat fosfor-gelimiteerde ecosystemen mogelijk een grotere plantensoortenrijkdom kunnen hebben dan N-gelimiteerde ecosystemen (Olde Venterink 2011). Aanrijking met fosfor zou een sterkere bedreiging vormen voor het verlies aan plantensoorten dan aanrijking met stikstof (Wassen et al. 2005, Ceulemans et al. 2011, 2013). Heischrale graslanden behoren tot de meest nutriëntenarme typen. Herstel van dit graslandtype op voormalige landbouwbodem via maaibeheer of uitmijnen is dan ook vaak een proces van zeer lange adem). Goed ontwikkelde soortenrijke heischrale graslanden hebben vaak biobeschikbare fosfor-concentraties die lager liggen dan 10 mg/kg. Ongeacht de N-concentraties in de bodem werd vastgesteld dat bij biobeschikbare fosfor-concentraties van meer dan 20 mg/kg de soortenrijkdom significant lager was (Ceulemans et al. 2009, 2011, 2013). Goed ontwikkelde pimpernelgraslanden hebben eveneens vaak biobeschikbare fosfor-concentraties die lager liggen dan 15 mg/kg (Figuur 7). Ook Gilbert et al (2009) toonden aan dat de hoogste soortenrijkdom in Britse graslanden voorkomt op bodems met minder dan 10 mg P/kg, met een optimum bij 5 mg P/kg. Beheer Via beheermaatregelen kan getracht worden een bepaald nutriënt limiterend te maken. Zo kan vernatting de biobeschikbaarheid van stikstof verlagen, maar die van fosfor sterk verhogen. Een heel intensief maaibeheer kan leiden tot kaliumlimitatie (Van Duren & Pegtel 2000). Om fosforlimitatie te bereiken kan uitmijnen overwogen worden. Als extreem hoge fosforconcentraties voorkomen, dan zal ontgronden of opteren voor een voedselrijker natuurdoeltype soms de enige opties zijn. Het is bovendien van belang om inzicht te krijgen in de verschillende fosfor-fracties in de bodem. Alleen gegevens van biobeschikbare anorganische fosfor-concentraties zijn onvoldoende om de totale pool aan biobeschikbaar fosfor in te kunnen schatten. Met toenemende bosontwikkeling op voormalige landbouwgrond bijvoorbeeld nam de biobeschikbare anorganische fosforfractie af, maar dit werd gecompenseerd door een stijging van de biobeschikbare snel mineraliseerbare organische fosfor fractie. De totale biobeschikbare fosfor-pool bleef dus gelijk. Een verschralingsbeheer van zeer rijke landbouwbodems naar schrale vegetaties is een werk van lange adem.