Vastlegging fosfaat bij ijzeroxidatie

Het grondwater waarmee wordt beregend in de Nederlandse landbouw bevat vaak opgelost ijzer(II). Dit opgeloste ijzer(II) oxideert en slaat vervolgens neer als ijzer(III)hydroxides, kenmerkend door de typische roodbruine roestkleur (Afbeelding 1). Deze ijzer(III)hydroxides hebben een grote capaciteit om fosfaat te binden, wat mogelijk effect heeft op de hoeveelheid fosfaat die door het gewas kan worden opgenomen.

Afbeelding 1. Roodkleuring fietspad door beregening van naastliggend perceel met ijzerhoudend grondwater.

Eerder uitgevoerd onderzoek heeft laten zien dat de oxidatie van opgelost ijzer(II) en vorming van ijzer(III)-neerslagen  een zeer effectief chemisch proces is om opgelost fosfaat vast te leggen. Bij de oxidatie van ijzer(II) in aanwezigheid van opgelost fosfaat worden namelijk ijzerhydroxyfosfaten gevormd, een zeer slecht oplosbaar zout. Pas nadat het opgeloste fosfaat ‘op’ is worden er ijzerhydroxides gevormd. 

Tot op heden is niets bekend over de mogelijke effecten van beregening met ijzerhoudend grondwater op de fosfaatbeschikbaarheid en dus op de bodemvruchtbaarheid. De doelstelling van het onderzoek was te verkennen of er plant beschikbaar fosfaat wordt vastgelegd als ijzer-gebonden fosfaat als gevolg van beregening met ijzerhoudend grondwater. 

Theoretisch kan een aanzienlijk deel fosfaat worden vastgelegd

Volgens een eenvoudige berekening die uitgaat van 200 mm beregening per jaar met een ijzerconcentratie van 20 mg/L milligram per liter (milligram per liter) kan er theoretisch tot maximaal ongeveer 25 kg kilogram (kilogram) P2O5/ha/jr worden vastgelegd door neerslag van Fe-hydroxyfosfaten. Dit is een aanzienlijk deel van de jaarlijkse fosfaataanwending (40-120 kg P2O5 kg/ha) en de 

fosfaatafvoer via de oogst (45-100 kg P2O5 kg/ha). Wanneer we kijken naar fosfaattoestand in de bodem is het belangrijk te beseffen dat hiervoor een onderscheid gemaakt wordt in direct plant beschikbaar fosfaat (tegenwoordig meestal uitgedrukt in de P-PEA/P-CaCl2 waarde) en de bodemvoorraad aan fosfaat (uitgedrukt in P-AL waarde).  In theorie betreft de vastlegging een aanzienlijk deel van de hoeveelheid direct plant beschikbaar fosfaat die normaal gesproken in de bodem aanwezig is. Deze voorraad in een bouwvoor van 25 cm bedraagt ongeveer 10- 30 kg P2O5 kg/ha bij een P-PAE waarde van 1-3 mg P/kg. Het plant beschikbare fosfaat is slechts een klein deel van de bodemvoorraad die op langere termijn beschikbaar komt. Bij een P-AL van 20-50 mg P2O5/100 ml is dat ongeveer 800-2000 kg P2O5 kg/ha.

Modelberekeningen en kolomproef

Het effect van beregening met ijzerhoudend grondwater op de fosfaattoestand van de bodem is vervolgens onderzocht met modelberekeningen en een kolomproef (Afbeelding 2). In een kolomopstelling is grond na een initiële fosfaatgift gedurende een periode van 4 weken periodiek beregend met ijzerhoudend water. Een controle kolom is beregend met ijzerloos water. 

Afbeelding 2. Kolomopstelling waarmee de beregening met ijzerhoudend grondwater is gesimuleerd.

De resultaten van de kolomproef en de modelberekeningen verschilden. Waar de modelberekeningen een substantiële afname van het voor de plant beschikbare fosfaat (P-PAE) gehalte in de bovengrond lieten zien na beregening met ijzerhoudend grondwater (11-13% na beregening met 30 mm met een Fe concentratie van 30 mg/L milligram per liter (milligram per liter), zie Figuur 1), was dit niet zichtbaar in de kolomproef. De afname van fosfaatconcentraties in het poriewater en van het P-PAE gehalte van de grond was in de kolom die beregend is met ijzerhoudend water niet groter dan in de controle kolom (Figuur 2). 

Figuur 1. Modelberekeningen van het concentratieverloop met de diepte van de Fe(II) concentraties (links) en het plant beschikbare fosfaat gehalte (P-PEA, weergegeven als P-CaCl2) (rechts) na een beregening van 30 mm in 2 uur met een ijzerconcentratie van 30 mg/L milligram per liter (milligram per liter). De lijnen geven het verloop van de concentratie in een tijdsperiode van 0.3 tot 70 uur na de start van de beregening.

Figuur 2. P-PAE gehaltes van bodemmonsters vóór het kolom experiment (Beide T-1), na irrigatie met fosfaat (T0) en na de laatste ijzerirrigatie (T4) voor de controle- en de ijzerkolom.

Fosfaatrijke condities

De kolomproef is uitgevoerd met kleigrond met een hoge fosfaattoestand. Dit geldt zowel voor het direct voor de plant beschikbare fosfaat (P-PAE = 3.5 mg/kg kilogram (kilogram)) als de bodemvoorraad aan fosfaat (P-AL = 76 mg P2O5/100 gr). 
Daarnaast is initieel ook een hoge fosfaatgift gegeven (95 kg P2O5/ha) waardoor het P-PEA gehalte sterk opliep tot waardes boven de 10 mg/kg. Waarschijnlijk zijn deze fosfaatrijke condities de oorzaak dat er geen effecten van beregening met ijzerhoudend grondwater zijn waargenomen. Het voor de plant beschikbare fosfaat dat mogelijk tijdens de beregening met ijzerhoudend grondwater is vastgelegd wordt gedurende het experiment waarschijnlijk weer aangevuld uit het P-AL gehalte. De totale P-AL voorraad van de grondmonsters was veel groter dan vastgelegd kon worden door de ijzertoevoeging via beregening. De P-AL voorraad is niet in de modelberekeningen meegenomen. Dat verklaart het verschil tussen de modelresultaten en de kolomproef. 

Vooral bij fosfaatarme bodems effect denkbaar

Onder fosfaatarme omstandigheden is een afname van de hoeveelheid plant beschikbaar fosfaat mogelijk wel te detecteren. Een belangrijk doelstelling van het mestbeleid is evenwichtsbemesting voor fosfaat. Indien dit langjarig wordt gerealiseerd en er beregening met ijzerhoudend grondwater plaatsvindt is het vooral voor fosfaatarme bodems op termijn denkbaar dat er een fosfaattekort ontstaan doordat het plant beschikbare fosfaat niet meer wordt aangevuld uit de totale P-AL bodemvoorraad. Aanvullende kolomexperimenten met fosfaatarme condities, eventueel aangevuld met een proef onder veldcondities, kunnen hierin inzicht geven.

Bas van der Grift (KWR Watercycle Research Institute (Watercycle Research Institute))

LMM Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid (Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid) e-nieuws, september 2024