In de Lössregio zijn er drie meetnetten, van verschillende partijen, actief. In elk van deze meetnetten wint men het bodemvocht op een andere manier uit de grondmonsters. In het gewonnen bodemvocht bepaalt men de nitraatconcentratie. Uit het onderzoek blijkt dat na centrifugeren een hogere concentratie wordt gemeten in het bodemvocht dan na schudden met een vloeistof. De reden is waarschijnlijk dat het bodemvocht uit verschillende fracties bestaat. De fractie die losser in de poriën zit, heeft een hogere nitraatconcentratie dan de fractie die moeilijker loskomt. Bij centrifugeren wordt de loszitten fractie er uitgeslingerd. Dit is ook het bodemvocht dat het makkelijkst verder naar beneden zal stromen.

In artikel 8 uit deze serie hebben we gezien dat in de drie meetnetten in de Lössregio op verschillende manieren het bodemvocht uit het bodemmonster wordt gewonnen:

  • Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid (LMM Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid (Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid)) van het RIVM: centrifugeren
  • Bodemvochtmeetnet nitraat Mergelland (BVM Bodemvochtmeetnet Limburg (Bodemvochtmeetnet Limburg)) van de Provincie Limburg: schudden met water
  • Duurzaam Schoon Grondwater (DSG Duurzaam Schoon Grondwater (Duurzaam Schoon Grondwater)) van de Waterleidingmaatschappij Limburg (WML Waterleidingmaatschappij Limburg (Waterleidingmaatschappij Limburg)) : schudden met een calciumchlorideoplossing

In het LMM is voor de centrifugemethode gekozen omdat we ook geïnteresseerd zijn in de concentratie van stoffen die binden aan de bodem, zoals fosfor en metalen.

Meer nitraat bij centrifugeren

De nitraatconcentratie gemeten in het centrifuge-extract is gemiddeld genomen hoger dan gemeten in het schudextract. Dit geldt voor zowel schudden met water als voor schudden met een calciumchlorideoplossing (Figuur 1). Het verschil is zo’n 27% (95% betrouwbaarheidsinterval is 15-38%). Ook bij eerdere onderzoeken werden vergelijkbare verschillende gevonden. Bij sommige oudere onderzoeken leverde een vergelijking niet altijd consistente en/of statistisch significante resultaten op (zie Boumans et al., 2016), mogelijk omdat de monsters gebruikt bij centrifugeren en schudden niet exact dezelfde waren.

Meest waarschijnlijke oorzaak

De meest waarschijnlijke oorzaak voor het verschil in nitraatconcentratie tussen centrifugeren en schudden is dat het water in de poriën van de lössbodem uit twee laagjes bestaat. Een laagje water langs de wand van de poriën en een laagje daar tegen aan, meer naar het midden van de poriën. In het laagje langs de wand komt weinig tot geen nitraat voor in het andere juist wel. Bij centrifugeren wordt juist het zwakker gebonden nitraatrijke water er uitgeslingerd. Bij de schudmethode voegt men water of een zoutoplossing toe aan een deel van een grondmonster. Na schudden wordt het vocht gescheiden van de gronddeeltjes en in het gewonnen vocht bepaald men de nitraatconcentratie. Op te kunnen uitrekenen hoe sterk het oorspronkelijke bodemvocht is verdund, wordt in het andere deel van het grondmonster het vochtgehalte bepaald. Hierbij wordt al het bodemvocht verdampt, dus ook dat deel waarin weinig nitraat zit. Op deze wijze wordt bij de schudmethode de gemiddelde nitraatconcentratie berekend voor beide laagjes.

Waarom zijn er twee laagjes

In lössgrond komen kleideeltjes voor, ook in de wanden van de poriën. Deze kleideeltjes zijn aan de randen negatief geladen. Ze trekken positief geladen deeltjes (kationen) aan, zoals kalium en calcium, maar stoten negatief geladen deeltjes (anionen) af, zoals nitraat, chloride en sulfaat. In het laagje water langs de wand worden de anionen afgestoten, en daar is de concentratie dus laag. De concentratie van anionen is daardoor in het bodemvocht meer naar het midden van de poriën hoger.

Relatie tussen de nitraatconcentratie in het centrifuge-extract en in de twee schudextracten; 1:1 v/v milliQ-water en 1:2 v/v 0,01 N CaCl2-oplossing

Figuur 1. Relatie tussen de nitraatconcentratie in het centrifuge-extract en in de twee schudextracten; 1:1 v/v milliQ-water en 1:2 v/v 0,01 N CaCl2-oplossing

Waarom is het niet 100% zeker

Afstoting van anionen door kleideeltjes is een bekend verschijnsel dat de hogere concentraties bij centrifugeren kan verklaren. We vinden voor chloride bij centrifugeren eveneens hogere concentraties (zie Figuur 2 links). Bij sulfaat, dat ook als anion in oplossing voorkomt, vinden we echter lagere concentraties bij centrifugeren (zie Figuur 2 rechts). De vraag is waarom. Sulfaat laat juist een zelfde beeld zien als kationen. Dit zou kunnen als in de bodem sulfaatzouten voorkomen in vaste vorm, zoals BaSO4 of CaSO4.  De oplosbaarheid van deze zouten is echter zodanig dat dit niet (CaSO4) of nauwelijks (BaSO4) een beperking is. Dit zou dus alleen kunnen als deze zouten opgesloten zitten in bodemaggregaten.  Als dat zo is, zou dit kunnen verklaren waarom bij schudden, waarbij de bodemaggregaten volledig uit elkaar vallen, de sulfaatconcentratie toch hoger is dan bij centrifugeren.

Relatie tussen de chloride- (links) en sulfaatconcentratie (rechts) in het centrifuge- en schudextract.

 

Figuur 2 Relatie tussen de chloride- (links) en sulfaatconcentratie (rechts) in het centrifuge- en schudextract.

Dico Fraters (RIVM)

LMM e-nieuws, oktober 2021

Meer lezen:

Fraters, D., Boom, G. J.F.L., Boumans, L.J.M., De Weerd, H., Wolters, M. (2017). Extraction of soil solution by drainage centrifugation - effects of centrifugal force and time of centrifugation on soil moisture recovery and solute concentration in soil moisture of loess subsoils. Environmental Monitoring and Assessment, 189:83, 18 pages  .

Fraters, B., Boumans, L.J.M. (2015) Meten van nitraatconcentraties in de onverzadigde zone bij lössgronden. Literatuurstudie naar meetmethoden. Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu, Bilthoven, RIVM. Rapport 2015-0052.

Boumans, L.J.M., Van Elzakker, B.G., Fraters, B., Masseling, N.J. (2016) Invloed van veldmethoden op de gemeten waterkwaliteit. (hoofdstuk 7). Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid. Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu, Bilthoven, RIVM. Rapport 2015-0033.