Bodemfysica

Bodem als 3-fasig systeem Gasfase Vloeibare fase (bodemwater) Vaste fase Organisch materiaal ± 6% Anorganisch/mineraal materiaal ± 94% Bron: De Bakker & Locher, 1987

Verhouding tussen de fasen bij verschillende grondsoorten

Vaste fase Vaste fase bestaat uit de volgende bestanddelen Minerale delen Organische stof Kalk

Textuur vs. Structuur Textuur = korrelgrootteverdeling = de grootte van de minerale deeltjes Structuur = de manier waarop de bodemdeeltjes zich in clusters (aggregaten) hebben verenigd en de manier waarop de ruimtes/holtes tussen de bodemdeeltjes zich hebben verenigd. = ruimtelijke rangschikking/vorm/grootte van de elementaire bodembestanddelen zijn hier van belang Bron: WUR Bodem & Water dictaat

Textuur (1): Zware en lichte grond Wat is een zware grond? massagehalte (%) van stoofdroge grond < 2 mm Dichtheid 0 - 2 2 - 50 50 - 2000 massafractie organische stof (kg/m3) lichte grond 13 18 67 2,1 1450 zware grond 56 35 6 3,4 1220  Dus zware grond heeft een kleine textuur, maar de dichtheid kan lager zijn dan van een lichte grond!

Textuur (2): Zand en grind Eigenschappen van de minerale deeltjes Grind ( > 2000 μm) ronde vorm Zand 50 – 2000 μm isometrische vorm een chemische samenstelling die vaak SiO2 is (kwarts) ongeladen

Textuur (3): Eigenschappen zandgronden Doorlatendheid voor water en lucht: goed, matig of slecht ? Goed (niet te fijn zand)  Bewerkbaarheid: goed, matig of slecht? Goed  Vruchtbaarheid: hoog, gemiddeld of laag? Laag Draagkracht: groot, gemiddeld of klein Groot Leem (kleine poriën) en organische stof verhogen bodemvruchtbaarheid en vochtvasthoudend vermogen

Textuur (4): Eigenschappen van de minerale deeltjes Silt 2 - 50μm plaatvormig 2 - 16μm, isometrisch 16 – 50μm een chemische samenstelling die vaak SiO2 is (kwarts) ongeladen, in sloefdeel (<16μm) negatief geladen deeltjes Eigenschappen grondsoorten met veel silt: Capillaire werking: goed, matig of slecht? Goed Doorlatendheid: goed, matig of slecht? Slecht Vochtvasthoudend vermogen: groot, gemiddeld of klein Groot (nadeel: laat in het voorjaar) Bodemvruchtbaarheid: hoog, gemiddeld of laag Gemiddeld (afhankelijk van % sloef)

Textuur (5): Eigenschappen van de minerale deeltjes Lutum 0 - 2μm plaatvormig chemische samenstelling van Al- en Mg-silicaten negatief geladen

Textuur (6): Eigenschappen kleigronden plaatvormig en klein: a. bij uitdroging sterke aantrekking tussen deeltjes = kittend vermogen b. in natte toestand glijden de deeltjes over elkaar heen = vervormbaarheid/ versmering

Textuur (7): Eigenschappen kleigronden c. uit lagen opgebouwd: Si4+ en Al3+ met O2 zwel/ en krimpvermogen afhankelijk van mineralen in tussenlaag groot oppervlak  veel processen

Textuur (8): Eigenschappen kleigronden Eigenschappen kleigronden d. gevormd door verwering: vervanging van Si4+ door Al3+ geeft negatieve lading absorptie van kationen als K+, Na+, NH4+ (bescherming tegen uitspoeling) in combinatie met groot oppervlak  chemische bodemvruchtbaarheid Negatieve lading van klei en geabsorbeerde kationen trekken polaire water moleculen aan (osmotische binding) = vochtbindend vermogen

Textuur versus eigenschappen grond Slempgevoeligheid (vervloeiing van bovengrond) Stuifgevoeligheid ( verstuiving van bovengrond) Ploegzool ( versmering van laag op 25 cm diepte) Vocht leverend vermogen ( capillaire opstijging) Doorlatendheid (poriënstructuur)

Indeling en benaming van grondsoorten a. Indeling naar lutum-, silt- en zandgehalte Textuurdriehoeken voor: niet- eolische afzettingen op basis van lutumgehalte (kleidriehoek) Eolische afzettingen op basis van leemgehalte (zanddriehoek)

 Meeste Nederlandse rivier- en zeekleigronden vallen in de rode zone

Indeling en benaming van lutumgehalte % lutum = 2/3 % afslibbaar naam % afslibbaar 0 - 5 klei-arm zand 0 - 7,5 5 - 8 kleiig zand 7,5 - 12 8 - 17,5 lichte zavel 12 - 26 17,5 - 25 zware zavel 26 - 37 25 - 35 lichte klei 37 - 52 35 - 100 zware klei 52 - 100

 Meeste Nederlandse eolische afzettingen vallen in de gestippelde zone

Indeling en benaming naar leemgehalte naam 0 - 10 leemarm zand 10 - 17,5 zwak lemig zand 17,5 - 32,5 sterk lemig zand 32,5 - 50 zeer sterk lemig zand 50 - 85 zandig leem 85 - 100 siltige leem

Indeling zandgronden ook op basis van mediaan van het zanddeel (M50 getal) 2000 zeer grof zand grof zand zand 420 matig grof zand 210 matig fijn zand fijn zand 150 zeer fijn zand 105 uiterst fijn zand 50

Eigenschappen van organische stof en humus (1) Organisch materiaal 6% v.d. vaste fase Dood organisch Materiaal 85% Bodem- Organismen 7% Levende Wortels 8% Humus = dood organisch materiaal dat zover is omgezet dat plantaardige en dierlijke resten niet meer herkend kunnen worden

Eigenschappen van organische stof en humus (2) Hypothetische voorstelling van de ruimtelijke ordening van zandkorrels (A), kleipakketjes (B), humusdeeltjes (C) en poriën (D) in de bodem.

Eigenschappen van organische stof en humus (3) Organische stof in kleigronden: vermindert de slempgevoeligheid vergroot het luchtgehalte verbetert de afwatering verbetert de bewerkbaarheid door een betere verkruimelbaarheid  Verbeterde structuur

Eigenschappen van organische stof en humus Organische stof in zandgronden: verbetert de bewortelbaarheid vergroot het vochtvasthoudendvermogen doet de winderosiegevoeligheid afnemen  Verbeterde structuur vergroot de chemische vruchtbaarheid

b. Indeling naar humusgehalte Benaming % organische stof bij 0% Lutum zand 10% Lutum lichte zavel 20% Lutum zware zavel 30% Lutum lichte klei 45% Lutum zware klei humusarm 0-1,5 0 - 2 0 -2,5 0 - 2,5 Matig humusarm 1,5 - 2,5 2 - 3 2,5 - 3,5 2,5 - 4 matig humeus 2,5 - 5 3 - 6 3,5 - 7 4 - 8 zeer humeus 5 - 8 6 - 9 6 - 10 7 - 11 8 - 13 humusrijk 8 - 15 9 - 18 10 - 20 11 - 22 13 - 25 venig zand 15 - 22,5 - venige klei 18 - 27 20 - 32 22 - 35 25 - 40 zandig veen 22,5 - 35 kleiig veen 27 - 55 32 - 60 35 - 70 >40 veen >35 >55 >60 >70

Kalkgehalte Zeeklei: kalkarm of kalkrijk Rivierklei: kalkloos of kalkhoudend heeft invloed op: bewerkbaarheid slempgevoeligheid verkruimelbaarheid

c. Indeling naar kalkgehalte Naam % CaCO3 opbruising kalkrijk meer dan 1 zichtbare opbruising kalkarm 0,5 - 1 hoorbare opbruising kalkloos minder dan 0,5 geen opbruising

Structuur (1) ontstaan door fysische rijping fysicogene structuurelementen: scherpe ribben, gladde vlakken. gladde prisma’s (verticaal) scherpe blokken (langs 3 assen gelijk)

Structuur (2) ontstaan door biologische rijping biogene structuurelementen: afgeronde ribben, ruwe vlakken. afgeronde prisma’s afgeronde blokken + granulairen

Structuur (3) ontstaan door biologische rijping biogene structuur: spons- / gangenstructuur (vaak zandbodems). Een sedimentaire gelaagdheid (moeilijk doordringbaar voor wortels) verandert door bodemdieren in een spons- of gangenstructuur. microscopisch beeld spons-/ gangstructuur

Structuur (4): Bodem is verdicht Structuurverval: druk van machines neerslag

Structuurverval - Verdichting Risico op ondergrondverdichting in het landelijk gebied in kaart, Alterra, 2012 “De meeste gronden in Nederland lopen een matig tot zeer groot risico op ondergrondverdichting bij het huidige landgebruik en gangbare wiellasten.” Structuurverval: opbrengstderving na 20 jaar: Opbrengst -/- 2,5 % tot -/- 5 % Bron: http://edepot.wur.nl/251636

Structuur (5) ontstaan door biologische rijping Betekenis voor plantengroei: Vorming biogene bodemstructuur met een permanent (hele jaar, open), heterogeen (verschillende grootteklassen), doorlopend (tot grote diepte aanwezig) poriёnstelsel (PHDP). Cilindrische holten en onregelmatige scheuren zwellen niet dicht bij vernatting! wortels in bioporiën

Structuur (6) PHDP Waarom is een PHDP belangrijk? Belangrijk voor een optimale: Vochthuishouding (kleine poriёn water). Luchthuishouding (grote poriёn, O2 / CO2). Afvoer overtollig regenwater (grote poriёn). Beworteling (kleine en grote poriёn) https://www.youtube.com/watch?v=FqgEz9T6e_4 https://www.youtube.com/watch?v=jqEX0nGEcrg http://www.gaiabodem.nl/index.php?i=632

Vloeibare fase Bron: De Bakker & Locher (1987)

Water in de bodem beïnvloedt: Plantengroei (zowel te veel als te weinig water) Bodemvorming Fysische, chemische en biologische processen in de bodem

Watergebruik door planten voor productie van koolhydraten (fotosynthese) verdamping transport van voedingsstoffen stevigheid van de plant (turgor)

Water in de bodem (1) - In en rond vaste bodemdeeltjes ( gebonden water) - in grotere holten en gangen (ongebonden water) - in kleine poriën (capillair gebonden water)

Water in de bodem (2) Bron: WUR Bodem & Water dictaat

Bodemwater wordt aangetrokken door: Plantenwortels Zwaartekracht (Fz) Bodemdeeltjes = adhesiekrachten Watermoleculen onderling = cohesie

Adhesie & Cohesie  Capillaire opstijging (1) Bron: De Bakker & Locher (1987)

Capillaire opstijging (2) De hoogte van capillaire opstijging zc in buisjes van verschillende diameter dc Grafische weergave van de formule zc = 30 (in mm) dc Bron: De Bakker & Locher (1987)

Beschikbaar water hangt af van: Hangwater Hoeveelheid capillaire opstijging Aantrekkingskracht van de bodemdeeltjes

Vochtgehalte van verschillende grondsoorten natte grond droge grond humusarme zandgrond 13 3 kalkrijke zavel 34 9 kalkarme zware klei 60 31

Beschikbaarheid bodemvocht is niet afhankelijk van het vochtgehalte is wel afhankelijk van de aantrekkingskracht van de bodemdeeltjes pF curve of wel vochtkarakteristiek Verband tussen drukhoogte en voschtgehalte

pF curve Bron: De Bakker & Locher (1987)

pF curves C Zware rivierklei B Lichte zavel D Veenmosveen A Duinzand

Vochtleverend vermogen Is afhankelijk van: Effectieve worteldiepte Capillaire nalevering (min. 2mm vocht per dag) in voorjaar en zomer Hangwater

Indeling bodemprofielen Bij grondwater-profielen kan grondwater met cap. opstijging het hele jaar de wortels bereiken Bij tijdelijke grondwater-profielen kan in het voorjaar grondwater met cap. opstijging de wortels bereiken maar in de zomer niet Bij hangwaterprofielen bereikt het grondwater nooit de wortels

Vochtleverend vermogen Capillaire opstijging & vochtbergend vermogen Textuur Capillaire opstijging (2mm/dag) in cm boven grondwater Vochtbergend vermogen in mm/10 cm laagdikte* Grof zand 40 5 Siltige leem 180 28 Lichte zavel 130 20 Lichte klei 70 15 Zware klei 50 11 Veen 35 * Is er humus aanwezig? Dan worden de waardes met 1 mm per 1% humus opgehoogd.

Grondwatertrappen Hoofdindeling van grondwatertrappen 1 - - 2 - 50-80 GHG GLG 1 - - 2 - 50-80 3 <40 80 -120 4 >40 80-120 5 <40 >120 6 40-80 >120 7 >80 >120

Gasfase

Gasfase Bron: De Bakker & Locher (1987)

Samenstelling van lucht (in vol %) in een goed geventileerde bodem: Bodemlucht Atmosferische lucht Zuurstof (O2) 12 - 20 19 - 21 Koolstofdioxide (CO2) 0,5 - 9 0,03 Stikstofgas (N2) 78 - 85 76 - 78 Edelgassen 1 Waterdamp (H2O) 1,5 - 2 0,5 - 2

Aëratie = bodemventilatie = aanvoer van O2 naar de wortels en afvoer van CO2 van de wortels door: diffusie (bevordert door grondbewerking) regenval

Gewasreactie bij onvoldoende aëratie: Afname wortelgroei Afname opname voedingsstoffen Afname fotosynthese  klein en ondiep wortelstelsel Afname rendement toegediende meststoffen: Bijv. N-voorziening: 1. Nitrificatie  denitrificatie 2. Uitspoeling N Oplossingen: Ontwatering Opheffen bodemverdichtingen (mechanisch of door het faciliteren van een optimaal bodemleven) Toevoer van o.s.  bioporiën

Fasenverdeling verschillende grondsoorten volume vaste fase totaal poriën volume volume poriën gevuld met: % water % lucht niet lemige humusarme zandgrond 58 42 11 31 zeekleigrond, 18% lutum 52 48 33 15 lössgrond 50 34 16 Komkleigrond, 61 % lutum 44 56 53 3

Luchtbehoefte afhankelijk van: Gewas én gewasstadium Gras 10 vol% Aardappelen 20 vol% Grondsoort: zelfde gewas in zandgronden 20 vol % en in kleigronden 10 – 15 vol% vanwege: hogere structuurgraad bij kleigronden scheuren in kleigronden bij uitdroging

Bodemtemperatuur Droge bodem warmt sneller op dan natte bodem Vroege gronden hebben vroeg in het voorjaar een hoge bodemtemperatuur

Bodemtemperatuur Bron: WUR Bodem & Water dictaat