Podzolisatie: nieuwe ontwikkelingen - nieuwe concepten 04/04/2017 Peter BUURMAN NBV 8 mei 2008

Het podzol profiel

Het podzol profiel O E Bh Bs C Ah Al Fe

Podzol ontwikkeling litter E Ah Bh Bs C

Te verklaren (morfologie): Vorming van humuslaag Verandering in Ah dikte Eerste vorming van B horizon Vorming van E uit B (en A) Differentiatie van B in Bh en Bs Humus banden onder Bs

Te verklaren (andere eigenschappen): Grote variatie in verblijftijd van humus monomorfe en polymorfe OM allofaan in sommige podzols grote variatie in organische chemie van B horizont Zonale (boreale) podzols hebben weinig humus accumulatie (humuspodzols – Fe podzols) geen Bh/Bs (Al-Fe) differentiatie

Transport en accumulatie modellen Fulvaat theorie Allofaan theorie LMW zuren theorie

Transport en accumulatie modellen Fulvaat theorie fulvozuren zijn verantwoordelijk voor transport en accumulatie van metalen (en OM) precipitatie wanneer verzadigd met metaalionen (vaste C/Me ratio)

Transport en accumulatie modellen Allofaan theorie allofaan vormt in A horizonten wordt getransporteerd en slaat neer in B –horizonten (pH) DOC slaat neer op allofaan coatings

Transport en accumulatie modellen LMW zuren theorie LMW zuren zijn verantwoordelijk voor Me transport precipitatie is het gevolg van LMW afbraak metalen worden overgedragen naar HMW zuren

Transport en accumulatie: synthese Humificatie van strooisel: humificatie  organische zuren organische zuren zijn oplosbaar in water zuren lossen mineralen op en binden Al en Fe LMW zuren blijven in oplossing met gebonden metalen Ze worden tijdens transport afgebroken Metalen worden overgedragen naar HMW zuren HMW-metaal complexen slaan neer.

LMW zuren oxalic glucuronic vanillic LMW zuren in Podzol en Dystric Cambisol Bruckert, 1970

Precipitatie van humus en sesquioxiden Precipitatie van metalen decompositie van het complex precipitatie met humus (typische C/M+ ratios) Precipitatie van humus Precipitatie met metalen Precipitatie van niet-complexerend OM op penetratiediepte

pH effect pH beïnvloedt oplossen in neerslaan dissociatie van OM (C/M+ ratio’s) hydroxylatie van metalen – Al(OH)2+, Al(OH)+ dus: verandering preferente complexatie met pH p Preferente complexatie: podzols in zand hebben Al maximum boven Fe maximum (pH daalt met de tijd)

Podzol ontwikkeling vorming van strooisellaag verandering Ah dikte Vorming eerste Bh Vorming van E uit B Differentiatie van B Humus banden onder B O Ah E C Bh Bhs

Podzol ontwikkeling stuifmeelprofielen vorming van strooisellaag verandering Ah dikte Vorming eerste Bh Vorming van E uit B Differentiatie van B Humus banden onder B O Ah E C Bh Bhs

Podzol ontwikkeling buffercapaciteit vorming van strooisellaag verandering Ah dikte Vorming eerste Bh Vorming van E uit B Differentiatie van B Humus banden onder B O Ah E C Bh Bhs

Podzol ontwikkeling microbiële afbraak vorming van strooisellaag verandering Ah dikte Vorming eerste Bh Vorming van E uit B Differentiatie van B Humus banden onder B O Ah E C Bh Bhs

Al-humus is stabieler dan Fe-humus Podzol ontwikkeling preferente complexatie vorming van strooisellaag verandering Ah dikte Vorming eerste Bh Vorming van E uit B Differentiatie van B Humus banden onder B O Ah E C Bh Bhs Al-humus is stabieler dan Fe-humus

Podzol ontwikkeling niet-complexerend OM vorming van strooisellaag verandering Ah dikte Vorming eerste Bh Vorming van E uit B Differentiatie van B Humus banden onder B O Ah E C Bh Bhs

Rond, of toch niet? Micromorfologie spreekt dit beeld tegen

Micromorfologie – OM coatings Nederland Nieuw Zealand

Micromorfologie – pellets Nederland

Coatings en pellets Coatings domineren in hydromorfe B horizonten (incl tropische laagland podzols) humus banden onder de B gecementeerde horizonten Pellets domineren in alle goed gedraineerde B-horizonten alle boreale podzols alle podzols op rijke moedergesteenten

Coatings en pellets Coatings zijn afkomstig van ingespoeld OM Pellets worden gevormd door afbraak van wortels Goed gedraineerde B-horizonten hebben veel wortels Slecht gedraineerde hebben weinig of geen wortels In bewortelde horizonten, wortel OM >> DOM

Wortels en de podzol-B In de meeste podzols is wortel-OM veel belangrijker dan ingespoelde OM OM inspoeling is NIET het dominante proces in podzol-B horizonten Hoe kunnen we E en B-horizonten verklaren als illuviatie niet domineert?

Wortels en E-B horizonten Eluviatie van metalen wordt veroorzaakt door DOM E horizonten bevatten geen nutriënten (of water) wortels volgen nutriënten percolerende LMW zuren verwijderen metalen uit top B top B wordt afgebroken en beweegt neerwaarts wortels volgen – sterven af Eluviatie domineert !

Relative accumulatie Sommige podzols worden gedomineerd door OM, andere door Fe (en Al) Accumulatie van OM wordt bepaald door verblijftijd (MRT = 1/kh) korte verblijftijd - goed gedraineerd, rijk lange verblijftijd – arm Al toxiciteit hydromorfie

Relative accumulatie Veel nutriënten in: boreale podzols (keileem) (MRT 500-1000 jr) gebergte-podzols op rijke gesteenten Weinig nutriënten in: intrazonale podzols (MRT up to 20000 jr) kwarts zanden (MRT 2000-3000 jr) hydromorf

Absolute accumulatie in B OM accumulatie hangt af van verblijftijd accumulatie eindigt wanneer profiel ouder is dan MRT (dynamiek gaat door) MRT verandert met profielontwikkeling (pH, Al)

weinig nutriënten, hydromorfie Pool build-up of SOM veel nutriënten weinig nutriënten, hydromorfie Van Breemen & Buurman, 2002

Absolute accumulatie in B OM accumulatie hangt af van verblijftijd accumulatie eindigt wanneer profiel ouder is dan MRT MRT verandert met profielontwikkeling (pH, Al) Metaal accumulatie hang af van: metaalgehalte moedergesteente tijd van ontwikkeling (accumulatie gaat door zolang E-horizont groeit)

Humus podzols en IJzerpodzols Humus podzols hebben lange OM verblijftijd Fe-podzols hebben korte OM verblijftijd en Fe-rijk moedermateriaal Hydromorfe podzols hebben veel neergeslagen, niet gecomplexeerde DOC Buurman & Jongmans, 2005

Podzol humus Eluviatie/illuviatie geven een incompleet beeld van podzol OM Separatie van fulvozuren en huminezuren geeft geen beter begrip Veel vroeg onderzoek werd uitgevoerd aan DOC en losse B horizonten Podzol humus vertoont een grote laterale en vertikale variatie die alleen begrepen kan worden in context van vegetatiegeschiedenis en landschap.

‘Datering’ van podzols Zijn podzols een cultuurverschijnsel? Volgens sommigen is de podzolvorming pas begonnen na het ontstaan van heidevelden Kan 14C datering uitkomst bieden?

‘Datering’ van podzols Podzol OM bouwt op gedurende een groot aantal jaren Bij afwezigheid van afbraak zou de gemiddelde leeftijd van OM in een horizont nooit ouder kunnen zijn dan de helft van het aantal verstreken jaren Afbraak van humus geeft een nog sterkere vertekening

Effect van kh op gemiddelde OM ‘ouderdom’ MRT = Mean Residence Time = 1/kh 0.5 x 0.5x zonder SOM afbraak

In NL gemeten 14C ouderdommen Soort podzol n 14C ouderdom Goed gedraineerd 5 840-2430 Slecht gedraineerd 3 2370-3860 Begraven 2170-3860

‘Datering’ van podzols Podzols zijn veel ouder dan heidevelden Grootste ‘gereconstrueerde’ ouderdom >8000 jr

Moeten we podzols beschermen? Door diepploegen, diepspitten en bosaanplant zijn veel podzols verstoord Ook huidige beheersmaatregelen in natuurterreinen tasten de podzols aan N-depositie/bemesting veroorzaakt afbraak B-horizont

Einde

Bos 6

Selective decay by fungi

Selective decay by fungi - sampling Set-up: sampling of depleted spots and immediate surroundings in various horizons NaOH-extraction of SOM pyrolysis-GC/MS 168 chemical fragments quantification pair-wise comparison

Isotopic differentiation All studied podzols are covered by C3-vegetation compounds have different 13C signatures more positive: N-compounds more negative: aliphatics, phenols selective decay causes shift in 13C contents

Isotopic differentiation input Podzols Tongeren, NL unpublished

Dutch and Michigan podzols Michigan podzols have relatively ‘fresh’ SOM no relative accumulation of aliphatics relatively little lignin charcoal in B-horizon! (transport) more N-compounds (with phenols: protein) Dutch Galgenberg podzol less root influence more decomposition E-horizon chemically more developed

04/04/2017 Extras

Opgrimbie, B

Australia

Malaysia, coastal

Indonesia, ignimbrite (2000 m)

Brazil, coastal podzols

Brazil, coastal podzols

Hydromorphic, NL

Hydrosequence, NL

Hydrosequence, F, humus dynamics coatings pellets