Bodemanalyse13

2. Bij de tweede methode wordt het watermonster in een ‘auto-analyzer’ verzadigd met zuurstof. Gedurende 5 dagen wordt deze verzadigingstoestand bij 20°C door zuurstoftoevoer vastgehouden. De toegevoerde hoeveelheid zuurstof noemt men het biologisch zuurstofverbruik. In de ‘auto-analyzer’ wordt ook de hoeveelheid geproduceerde CO 2 gemeten. Het biologisch zuurstofverbruik is altijd lager dan het chemisch zuurstofverbruik. Het CZV is een maat voor de totale hoeveelheid oxideerbare stoffen. Het BZV is een maat voor de hoeveelheid biologisch afbreekbare stof. Het CZV omvat het O 2 -verbruik van biologisch afbreekbaar materiaal, niet-biologisch afbreekbare organische stoffen en anorganische verbindingen (Fe- en Mn-zouten). In normaal huishoudelijk afvalwater vinden we: CZV = 1½ BZV.

13 Bodemanalyse

13.1 Inleiding

De bodem bestaat uit: vaste delen, de bodemoplossing en de bodemlucht. De bodemanalyse omvat de kennis van de bestanddelen van de grond en hun onderlinge relaties. In de bodemkunde en de bemestingsleer wordt de bodemanalyse gebruikt om de geschiktheid voor een bepaalde teelt te onderzoeken.

Het gebruik van meststoffen in de grond vergt chemische kennis.

13.2 De vaste bestanddelen van de bodem

De vaste delen kunnen we opsplitsen in mineralen, organische stoffen en goed oplosbare zouten die neergeslagen zijn.

13.2.1 Mineralen

De stof SiO 2 is het meest voorkomende mineraal (75 tot 90% in de lichte gronden). De bruinrode kleur van grond wordt veroorzaakt door Fe-verbindingen zoals Fe 2 O 3 , Fe(OH) 3 , Fe 3 O 4 , FeO(OH). Donkerbruine tot paars-zwarte vlekken in de grond worden meestal gevormd door MnO 2 en Mn(OH) 2 . Ijzer en mangaan zijn de schilders van de natuur. De meeste verbindingen met Ca, Mg en Al zijn kleurloos of wit. Deze kristallen vallen in de grond niet op. De mineralen zijn ontstaan uit verweringsprocessen van gesteenten. Het verweringsproces gaat nog steeds door. Elk jaar gaat, vooral in kleigrond, een klein deel van de silicaten in oplossing. De plantenvoedende ionen van K, Ca, Mg enz. komen vrij. Deze grond wordt chemisch vruchtbare grond genoemd. De goed oplosbare verbindingen zullen bij neerwaartse waterstroming uitspoelen. Het water kan afkomstig zijn van neerslag of van overstromingen. De uitgespoelde zouten vinden we elders terug in zoute gronden, meren of in zee. Als de waterbeweging in de grond overwegend naar boven is gericht, spoelen de goed oplosbare zouten niet uit. Ze vormen een zoutlaag of zoutkorst. Klei en humus hebben een grote invloed op alles wat er in de grond gebeurt. De twee genoemde bestanddelen werken als buffer. De buffercapaciteit wordt aangeduid met CEC (cation exchange capacity). Klei en humus adsorberen ionen en moleculen. Zowel ionen als water worden dus

AGROCHEMIE 183

vastgehouden. De uitspoeling van voedingsionen, maar ook van bestrijdingsmiddelen en zware metalen, wordt sterk verlaagd. De meeste mineralen zijn slecht oplosbaar. Als het vochtgehalte in de grond toeneemt, lossen de mineralen beter op. De zuurgraad en de EC van het bodemwater hebben een sterke invloed op de oplosbaarheid. In de verschillende bodemlagen zijn de pH en de zoutconcentratie ongelijk. Colloïdale deeltjes die met het bewegend bodemwater in een laag met afwijkend milieu komen, kunnen coaguleren. Ionen die in een ander milieu terechtkomen, kunnen onoplosbare verbindingen vormen die neerslaan. Zo is bijvoorbeeld klei-, ijzer-, mangaan- of humusinspoeling ontstaan. pH-verlaging in de grond wordt veroorzaakt door het oplossen van CO 2 , de vorming van organische zuren (humuszuren) bij de afbraak van organische stof. De aanwezigheid van kalk (CaCO 3 ) of van basisch grondwater zorgt voor een hoge pH. Ook zal het aantal ionen van zware metalen bij lagere pH groter worden. Bij lage pH komen overmaatverschijnselen in de plant voor (necrose en chlorose). Bij hoge bodem-pH lossen in normale grond, de verbindingen van zware metalen zo slecht op dat er gebreksverschijnselen in de plant optreden (chlorose).

13.2.2 Organische stof en humus

Organische stof wordt meestal aan de grond toegevoegd bij bemesting. De organische stof wordt door de bodemorganismen afgebroken. Dit proces heet vertering. De vertering wordt beïnvloed door hoeveelheid water en zuurstof, de pH, het zoutgehalte en de vorm en aard van de organische stof. Organische stof wordt omgezet in CO 2 en H 2 O. Een klein gedeelte wordt omgezet in humus. Humus is een zeer ingewikkelde organische stof. Verder komen zouten vrij (in ionvorm). Dit noemt men mineralisatie.

Organische stof en humus geven de grond een bruine en zwarte kleur. De samenstelling van de humus is verschillend. Meestal is bruine humus chemisch rijker dan zwarte, d.w.z. het gehalte aan voedende bestanddelen (N, P, Ca en Mg) is hoger. Humus is een sterk bufferende stof. Humus heeft een twee keer zo hoge CEC als klei. Humus adsorbeert in tegenstelling tot klei zowel anionen als kationen. In de praktijk betekent dit dat humusrijke grond plantenteelt bij een EC tot 3,5 mS/cm mogelijk maakt. In normale grond krijgen we bij zoutgevoelige planten al problemen bij een EC die groter is dan 1,2 mS/cm.

13.2.3 CEC bepalingen

Van droge grond wordt 5 gram afgewogen en gemengd met een amorf materiaal zoals kwartszand (25 gram). Dit mengsel wordt overgebracht in een glazen buis die aan de onderkant is afgesloten met een prop glaswatten en een laag grof zand. Op het te onderzoeken mengsel wordt nog een laag (enkele centimeters) grof zand aangebracht. Daarna wordt de kolom langzaam gepercoleerd met 250 ml 0,5 N NH 4 Ac-oplossing. Het percolaat wordt bewaard, nadat het volume weer tot 250 ml is aangevuld met 0,5 N NH 4 Ac-oplossing. In het percolaat kan K + , Na + , Ca 2+ en Mg 2+ bepaald worden. Gedurende 2 uur wordt de vloeibare fase uit de buis verdreven door te spoelen met 250 ml ethanol (70%). Daarna wordt nogmaals gepercoleerd, maar nu met een iets zure oplossing met een overmaat Ca 2+ -ionen, zodat geen NH 4 + verdwijnt via vervluchtiging van NH 3 . Daartoe wordt gepercoleerd met

AGROCHEMIE 184

250 ml van een oplossing van 0,5 N CaCl 2 en 0,04N HCl. Tot slot wordt dit percolaat titrimetrisch de hoeveelheid NH 4 + bepaald. Uit de hoeveelheid NH 4 + wordt de CEC berekend die wordt uitgedrukt in meq eenwaardige kationen per 100g droge grond. Uit de bepaling van Ca 2+ , Mg 2+ , K + en Na + in het eerste percolaat (met NH 4 Acoplossing) kan de kationenbezetting van het adsorptiecomplex bepaald worden.

13.2.4 Neergeslagen oplosbare zouten

Na toediening van grote hoeveelheden goed oplosbare meststoffen kan in grond een neerslag ontstaan. Neerslagvorming vindt altijd plaats na toevoeging van goed oplosbare fosfaten. Chloride en sulfaten kristalliseren in droge grond uit, vaak in de bovenste laag. Bij gebruik van gietwater met een EC groter dan 0,8 mS/cm brengen we zoveel extra zout in de grond dat de concentratie in de grond te hoog wordt, en treedt er verbranding op. De totale hoeveelheid oplosbaar en opgelost zout in de grond wordt bepaald via de 1:2 volume-extractiemethode.

13.3 De samenstelling van de bodemoplossing

In de bodemoplossing komen volgende deeltjes voor: Ionen: kationen en anionen

Moleculen: humuszuren, bestrijdingsmiddelen, ureum, suikers, gassen, … Colloïden: klei, humus, ijzer- en mangaancolloïden De bodemoplossing is een oplossing in water. De stoffen die opgelost zijn, zijn afkomstig van: 1.

2. Verweringsprocessen Giet- of grondwater

3.

4.

5. Toegevoegde stoffen als kunstmest en organische mest De lucht

Het adsorptiecomplex van klei en humus

13.4 Het chemisch grondonderzoek

13.4.1 Bepaling van de totale hoeveelheid oplosbare zouten

Men meet de EC van grond met de 1:2 volume-extractiemethode.

13.4.2 Bepaling van de zuurtegraad

De pH van de grond wordt gemeten met de 1:2½ methode. Aan 20 gram droge grond wordt 50 ml KCl-oplossing (1 M) toegevoegd. Het mengsel wordt goed geschud en blijft een nacht staan. Daarna wordt de pH van het filtraat gemeten. De gemeten pH heet pH KCl . De toegevoegde K + zullen aan het absorptiecomplex wisselen met de geabsorbeerde ionen, vb. H + , Na + , Ca 2+ . In plaats van 1 molair KCl-oplossing wordt ook wel gebruik gemaakt van demi-water of een 0,01 M CaCl 2 -oplossing. De pH die gemeten wordt als pH KCl is lager dan de pH water .

AGROCHEMIE 185

13.4.3 Stikstof-, fosfaat-, kalium-, magnesium- en kalkbepaling

Stikstof komt voor als NH 4 + en NO 3 - in de grond. De analyse van de beschikbare N is in land- en tuinbouw belangrijk voor het bemestingsadvies. Daarnaast worden ook fosfaatbepaling, kaliumbepaling en magnesiumbepaling uitgevoerd. Onder het begrip kalk duidt men aan: CaCO 3 en MgCO 3 . Kalk reageert met water basisch. Grond met veel kalk is nooit zuur.

13.5 De bodemvervuiling

13.5.1 Algemeen

De bodem in Vlaanderen wordt door allerlei antropogene invloeden verontreinigd met milieugevaarlijke stoffen zoals zware metalen, organische polluenten en bestrijdingsmiddelen. Een vervuilde bodem verliest zelf aan kwaliteit en kan de kwaliteit van het leven bedreigen: mensen, dieren en planten kunnen in contact komen met schadelijke stoffen of het grondwater kan erdoor worden aangetast. Verontreinigingen zijn voornamelijk het gevolg van bepaalde activiteiten van de sectoren industrie, energie, handel en diensten, maar ze worden ook veroorzaakt door gezinnen en door de landbouw.

13.5.2 Voorbeelden chemische bodemverontreiniging

Bodemverontreiniging wordt veroorzaakt door een brede waaier van giftige en/of verontreinigende stoffen: een eerste drietal is nitraten, fosfaten, en kalium. De voornaamste bronnen zijn landbouwactiviteiten, huishoudens en industrie (figuur 68) en deze bevuiling heet ‘vermesting’. Lokaal leidt vermesting tot verhoogde nitraat- en fosfaatconcentraties in oppervlakte- en grondwater en dus vervuiling van drinkwatervoorraden, tot achteruitgang van de biodiversiteit in (natuur-) gebieden en mogelijk tot kwalitatieve achteruitgang van voedingsgewassen. Regionaal treedt ‘eutrofiëring’ van zoet en zout oppervlaktewater op, wat een negatief effect heeft op het waterleven. Planten zoals algen gaan zich explosief ontwikkelen, waardoor er minder licht in het water kan doordringen en sommige anaerobe bacteriën meer actief worden. Hierdoor kunnen sommige vissen en andere organismen niet meer blijven leven. Mondiaal verhoogt de uitstoot van lachgas, een belangrijk broeikasgas. De verbanden tussen emissies, concentraties, deposities en gevolgen voor mens, natuur en economie zijn vooral complex voor stikstof wegens de vele omzettingen die kunnen optreden.

AGROCHEMIE 186

Fig 70. Voornaamste bronnen voor vermestende stoffen en plaatsen waar deze stoffen terecht komen

Verzurende stoffen (NO, NO 2 , NO 3 en SO 2 en ammoniak (NH 3 )) veroorzaken ‘bodemverzuring’. Niet verontreinigd, natuurlijk wolken- en regenwater heeft een pH van 5,65. Een pH kleiner dan 5,65 betekent dat er verzuring is opgetreden. Veeteelt en het gebruik van fossiele energiebronnen verstoren de natuurlijke evenwichtssituatie door vrijstelling van verzurende stoffen en hun reactieproducten. De verwijdering van deze componenten uit de lucht door depositie (bv. Ndepositie: figuur 68) verzuurt de bodem en het oppervlaktewater, en zorgt voor aantasting van de ecosystemen en biodiversiteit, verhoogt nitraatgehaltes in het grondwater en zorgt voor uitspoeling van metalen naar het grondwater. Inademing van verzurende componenten en opname van verontreinigd grondwater kunnen leiden tot gezondheidsklachten bij de mens. Ook corrosie van materialen en een versnelde verwering van gebouwen zijn gekoppeld aan verzuring. Pesticiden of bestrijdingsmiddelen zijn de enige stoffen die in het milieu gebracht worden om gewild en gepland een zeker toxisch effect te veroorzaken bij de doelorganismen. Ze worden gebruikt om gewassenplagen, -ziekten, onkruiden, ongewenste dieren en materialen te bestrijden. Bronnen zijn de landbouw, de huishoudens, de industrie en de overheid. Pesticiden komen in de lucht, de bodem, het grond- en oppervlaktewater terecht. Residu’s van pesticiden komen voor in fruit, groenten, zuivelproducten, vlees en vis. De productie van drinkwater wordt er bv. bemoeilijkt. In de bodem oefenen pesticiden een nadelig effect uit op het bodemleven en de bodemeigenschappen, zoals de afbraak van organisch materiaal. Zware metalen komen vrij bij het gebruik van meststoffen of bij industriële activiteiten zoals lozing van stofdeeltjes in de lucht, lozing in oppervlaktewater of storten van afvalstoffen. Eens in de bodem (eventueel na depositie) kunnen ze doorsijpelen naar het grondwater. Via afspoeling kunnen ze het oppervlaktewater verontreinigen. Vanuit het bodemmateriaal kan een langdurige nalevering van

AGROCHEMIE 187

metalen naar het oppervlaktewater optreden. Zware metalen worden ook opgenomen door planten en dieren. Aangezien ze niet afbreekbaar zijn, worden ze in het milieu opgestapeld. De mens neemt zware metalen op door inademing of via water of voedsel (bv. groenten gekweekt in een tuin met zware metalen in de bodem). Sommige elementen zoals chroom, koper, en zink zijn in kleine concentraties onmisbaar voor de mens en voor andere levende wezens (‘sporenelementen’). Pas bij hogere concentraties zijn zware metalen toxisch. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de zware metalen en hun mogelijke schadelijke werking voor de mens.

Persistente Organische Polluenten of POP’s die in de bodem terechtkomen, kunnen opgenomen worden in de voedselketen van de mens. POP’s kunnen zijn: PAK’s (polycyclische aromatische koolwaterstoffen), dioxines, PCB’s (polychloorbifenylen), gebromeerde vlamvertragers, perfluorverbindingen en vluchtige organische verfstoffen. Deze stoffen vragen permanente aandacht omwille van hun persistent gedrag gekoppeld aan een aantal carcinogene en/of toxische eigenschappen voor mens en milieu (bv. lever- en nieraandoeningen, huid- en oogaandoeningen, neurologische effecten en kanker). Zowel voor dioxines als PAK’s liggen de belangrijkste oorzaken bij de gebouwenverwarming en het verbranden van afval in open lucht. De dioxine-emissies door huisvuilverbranding en sinterinstallaties (metaalindustrie) daalt steeds meer door gebruik van schone technologie. De verminderde blootstelling wordt al zichtbaar, met name in metingen van melk en moedermelk. PCB’s worden gebruikt in o.a. transformatoren en condensatoren. Gebromeerde vlamvertragers zijn scheikundige stoffen die men toevoegt aan kunststoffen om de brandbaarheid te verminderen (bv. in televisietoestellen). Perfluorchemicaliën worden bv. gebruikt om materialen afstotend te maken voor vuil, water en olie. De gecontroleerde vernietiging van PCB-houdende apparaten zit op schema maar de historische PCB-verontreiniging blijft een feit. Zowel PCB’s als gebromeerde vlamvertragers worden in Vlaanderen gemeten in o.a. waterbodems, in diverse vissoorten uit oppervlaktewater en in menselijk serum.

AGROCHEMIE 188