Hydrologische maatregelen op kleine schaal: inundatie of plas-dras?

 

 

Bij herstel en ontwikkeling van hoogveen kan gekozen worden voor verschillende strategieën, afhankelijk van de uitgangssituatie. De belangrijkste keuze is het niveau van het waterpeil: wanneer CO2 aanwezig is of gevormd kan worden levert inundatie de beste resultaten op, in andere gevallen is het beter om plas-dras situaties te creëren. Het onderstaande schema helpt bij de keuze van de wijze van vernatting. In de onderstaande tekst wordt dit verder toegelicht.

 

 

Voorbereidende en begeleidende maatregelen

Voor maatwerk kan een compartimentering van het terrein nodig zijn, waarbij de inrichting zodanig is dat optimaal water kan worden vastgehouden, indien mogelijk ook met compartimenten die als waterreservoir kunnen dienen voor toevoer van water naar nabijgelegen plas-dras compartimenten, wanneer daar een watertekort optreedt. Bovendien is het belangrijk dat water vanuit het plas-dras compartiment snel kan worden afgevoerd, wanneer het waterpeil te sterk stijgt. Het kan verder zinvol zijn om voorafgaand aan de uitvoering van een plas-dras vernattingsproject het terrein machinaal voor te bewerken (eventueel ondiep plaggen) met als doel te dichte vegetatie te verwijderen en te grote hoogteverschillen in het terrein enigszins te egaliseren. Het advies hierbij is om vergraste zwartveenrestanten niet grootschalig van gras te ontdoen, maar met een kleinschaliger mozaïekpatroon te werken. Windwerking en het wegdrijven van veenmossen worden dan beperkt en afbraak van dood bladmateriaal kan dan mogelijk zorgen voor een hogere beschikbaarheid van kooldioxide voor veenmossen en voor een groter aanbod van geschikt dood organisch materiaal voor de detritivore fauna die aan de basis staat van de aquatische voedselketen. In zwartveenrestanten zal het overigens meestal nodig zijn om de veenmossleutelsoorten te introduceren, omdat deze doorgaans niet (of in een zeer lage abundantie) in het terrein aanwezig zullen zijn.

 

 

Plas-dras vernatting van  zwartveen

In veel hoogveenrestanten waar het veenoppervlak uit zwartveen bestaat, zijn grote delen door opstuwing van neerslagwater geïnundeerd met het oog op hoogveenherstel. Inmiddels is gebleken dat de inundatie van zwartveenrestanten meestal weinig perspectieven biedt voor het ontstaan van drijftillen en/of voor een uitbundige groei van ondergedoken veenmossen. Als we te maken hebben met zwartveenrestanten waar geen bolster is teruggestort, biedt plas-dras vernatting (vermorsing) de beste kansen voor een goede ontwikkeling van veenmossen (Smolders et al. 2003). Uit een laboratoriumexperiment is gebleken dat tijdelijke (maximaal enkele maanden) droogte en/of tijdelijke inundatie door alle veenmossoorten goed wordt doorstaan en de ontwikkeling van de veenmosvegetatie op de langere termijn niet hoeft te schaden. Een belangrijke conclusie uit het experiment is dat de veenmossleutelsoorten het onder de natte plas-dras condities net zo goed of beter doen dan de slenksoorten Waterveenmos en Fraai veenmos. Ook uit ander onderzoek komt naar voren dat in het geval van zwartveen, plas-dras vernatting de beste kansen biedt voor een goede ontwikkeling van veenmossoorten (Money 1995, Wheeler en Shaw 1995).

 

Evenals bij vernatting van witveen kan het microklimaat door de aanwezigheid van een structuur van pollen van bij voorkeur Eenarig wollegras in de kruidlaag gunstig beïnvloed worden. De pollen bieden een goede beschutting voor de veenmossen in de drogere zomerperiode en bovendien bieden ze de veenmossen houvast bij wat hogere waterstanden: ze kunnen er tegenaan omhoog groeien. Gezien de positieve ontwikkeling van veenmossen op plas-dras vernat zwartveen werd in de tweede fase van het OBN-onderzoek deze potentiële herstelmaatregel op veldschaal onderzocht. Hiervoor werden in het Schoonebeekerveld (Bargerveen) en de Engbertsdijksvenen proefvelden ingericht. In het Schoonebeekerveld werd dit gerealiseerd door in een compartiment met zwartveen het waterpeil iets te verlagen en de bestaande verruigde vegetatie te chopperen.

 

In de Engbertsdijksvenen werd de waterstand van een compartiment met geïnundeerd zwartveen verlaagd door een extra afvoerbuis aan te leggen. Deze experimenten zijn echter niet goed verlopen doordat het in de praktijk technisch lastig bleek te zijn om in de veldexperimenten voldoende stabiele waterstanden rond maaiveld te creëren. In het Schoonebeekerveld waren de waterstandsschommelingen voor veenmosgroei te groot (> 1 meter) en in de Engbertsdijksvenen steeg het water te zeer. Daar bleek de afvoercapaciteit van de afvoerbuis te klein, omdat ook water vanuit naastgelegen compartimenten naar het plas-dras compartiment stroomde. Voor een goede veenmosontwikkeling is het van groot belang dat tijdens het groeiseizoen het waterpeil niet te ver wegzakt of te ver stijgt. Bij ongunstige hydrologische omstandigheden komt de veenmosgroei vrijwel geheel stil te liggen. Buiten het groeiseizoen is het minder van belang dat het waterpeil rond maaiveld staat en kan een ondiepe inundatie van het zwartveen juist gunstig zijn, omdat het veen in droge perioden dan minder snel droogvalt.

  

Door de problemen rondom de uitvoering van de veldexperimenten is duidelijk geworden dat dit deel van het Schoonebeekerveld speciaal ingericht zou moeten worden om zwartveen jaarrond plas-dras te kunnen vernatten. Door de lage bergingscoëfficiënt van zwartveen zal hier tijdens droge perioden het waterpeil snel wegzakken en weer snel stijgen tijdens een flinke regenbui. Om in hoogveenrestanten waar alleen nog sterk gehumificeerd zwartveen aanwezig is de gewenste stabiele plas-dras vernatting te kunnen realiseren, is het verhogen van de stijghoogte van het regionale grondwater de beste en meest duurzame oplossingsrichting. Dit biedt bovendien mogelijkheden voor herstel van biodiverse overgangszones met de minerale omgeving.

 

 

Groei van ondergedoken veenmos na inundatie  

Vaak is in het verleden bij herstelprojecten in hoogveengebieden vanwege de lage bergingscoëfficiënt van zwartveen (grote waterstandfluctuaties) gekozen voor inundatie van grote delen van zwartveenrestanten: voor vernatting tot een niveau waarbij het water gedurende het hele of grote delen van het jaar boven het maaiveld kwam te staan. Verlanding van geïnundeerde zwartveenrestanten kan slechts plaatsvinden indien de waterlaag dichtgroeit met in het water groeiende veenmossen of wanneer zich drijftillen ontwikkelen. Over het algemeen beperkt de groei van waterveenmossen zich tot de (zeer) ondiep geïnundeerde delen van het terrein met een waterlaag van hooguit een halve meter (Money 1995, Lamers et al. 1999). Dit komt doordat het water in veenrestanten bijna altijd dystroof is, dat wil zeggen: gekleurd door humuszuren. Deze humuszuurkleuring verhindert dat dieper in het water nog voldoende licht doordringt voor de groei van veenmossen (Smolders et al. 2003). Een goede en gemakkelijk te bepalen maat voor de kleuring door humuszuren is de extinctie voor licht met een golflengte van 450 nm (E450).

 

Er is een relatie tussen de diepte waarop nog 5% van het daglicht doordringt en de E450-waarde van het water. Voor de meeste open wateren in hoogvenen ligt de E450 tussen de 0,1 en 0,4. Dit betekent dat in het gunstigste geval de diepte waarop nog 5% van het daglicht doordringt ongeveer een halve meter bedraagt; dus meestal minder dan een halve meter. Deze 5% van het daglicht is bij benadering de minimale hoeveelheid licht die veenmossen nodig hebben om te kunnen groeien. Dit betekent dat in water dat dieper is dan een halve meter de veenmosgroei alleen al door lichtgebrek slecht verloopt. Een minimale absolute lichtsterkte is trouwens niet te geven omdat veenmossen een periode met minder licht best kunnen overleven. Ook de temperatuur en daglengte spelen en rol, waardoor de jaarrond lichtsterkte een betere indicatie geeft.

 

Daarnaast is onder water groeiend veenmos voor de kooldioxidevoorziening volledig afhankelijk van kooldioxide (CO2) dat door afbraak van organisch materiaal op de bodem in de waterlaag terechtkomt (benthisch CO2) (Paffen en Roelofs 1991, Riis en Sand-Jensen 1997). In geïnundeerd sterk gehumificeerd zwartveen is de afbraak vaak zo gering dat ook de nalevering van CO2 naar de waterlaag te klein is om een sterke groei van veenmos mogelijk te maken (Smolders et al. 2003). Een stijghoogte van het regionale gebufferde grondwater tot in de veenbasis kan onder deze omstandigheden resulteren in een verhoogde beschikbaarheid van kooldioxide in de waterlaag, tenzij het zwartveenpakket zo dik en slecht doorlatend is dat het methaan of CO2 -dat onder invloed van gebufferd grondwater onderin het veenpakket wordt gevormd- niet de bovenkant van het restveenpakket kan bereiken.

 

In de compartimenten met geïnundeerd zwartveen in hoogveenrestenten met een diepe waterlaag zijn de omstandigheden vaak niet goed genoeg om groei van veenmossen onder water mogelijk te maken. In verzurende of van nature zure vennen met een minerale bodem zien we vaak wel een zeer snelle groei van veenmossen, waardoor in korte tijd het ven volledig dicht kan groeien. Dit komt omdat op minerale bodems het water veel minder wordt gekleurd door humuszuren, waardoor licht niet beperkend is voor de veenmosgroei. Daarnaast worden vele vennen vanuit hun naaste omgeving (infiltratiegebied) gevoed met CO2-rijk water, zodat in dergelijke gevallen ook CO2 niet beperkend is. Veenmosgroei in dit soort vennen kan zelfs nog worden gestimuleerd door de omgeving van waaruit het water wordt aangevoerd (het vanggebied) licht te bekalken, waardoor er meer CO2 oplost in het infiltrerende water (Dorland et al. 2000). Ook ondiepe poelen en slenken in intacte hoogvenen hebben de neiging snel dicht te groeien met Waterveenmos. Dit komt doordat hier veel CO2 uit het omringende veen wordt aangevoerd. Aanvoer van CO2 kan ook verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van veenmossen in terreindelen binnen een groter hoogveenrestant. Door microreliëf in het terrein kunnen door oppervlakkige toestroming van water bepaalde delen van het terrein worden aangerijkt met CO2. Het is belangrijk bij eventueel te nemen maatregelen rekening te houden met zulk een oppervlakkige waterstroming, zodat de maatregelen niet leiden tot het wegvallen ervan, maar zo mogelijk de toestroming juist wordt versterkt of wordt uitgebreid naar andere delen van het gebied.

 

Drijftilvorming

Na inundatie van zwartveen kan in hoogveenrestanten drijftilvorming optreden wanneer nog een toplaagje van weinig gehumificeerd veen aanwezig is (dit kan bijvoorbeeld de teruggestorte bolster zijn). Dit weinig gehumificeerde veen komt dan na de inundatie los van het zwartveen en vormt een drijvende laag waarop zich vervolgens veenmossen kunnen vestigen (Lamers et al. 1999, Smolders et al. 2002). Methaangas (moerasgas) speelt bij het ontstaan van deze drijftillen een belangrijke rol. Methaan wordt door bacteriën gevormd uit de afbraakproducten (met name acetaat en kooldioxide) die vrijkomen bij de anaërobe afbraak van organisch materiaal (Segers 1998). Dit impliceert dat methaan slechts geproduceerd wordt wanneer het veen nog voldoende ‘afbreekbaar’ is en dat er dus nog voldoende relatief jong, weinig gehumificeerd, organisch materiaal aanwezig moet zijn (Smolders et al. 2002, Tomassen et al. 2003a, 2004a).

 

Drijvend veen heeft een hogere potentiële methaanproductie en een lager volumegewicht (soortelijke massa) dan niet drijvend geïnundeerd veen (Tomassen et al. 2004a). Verder is het over het algemeen rijker aan fosfor (P) en stikstof (N) en armer aan moeilijk afbreekbare organische verbindingen zoals lignine en fenolen. Het hogere volumegewicht en de hogere lignineconcentraties van het niet drijvende veen duiden op een sterkere mate van humificatie en dus geringere afbreekbaarheid. Ook de pH van veenvocht beïnvloedt de potentiële methaanproductie in belangrijke mate. Zure omstandigheden, die meestal in het veen overheersen, remmen de microbiële activiteit en dus de methaanproductie (Segers 1998). Wanneer echter enige buffering optreedt, wordt door de hogere pH de methaanproductie gestimuleerd (Smolders et al. 2002, Tomassen et al. 2003a). Hierbij is een verhoging van pH 4 tot pH 5 voldoende om de methaanproductie sterk te laten toenemen. Gebleken is dat de ratio tussen de pH van het uitknijpvocht en het volumegewicht van het veen goed correleert met de potentiële methaanproductie. Beide eigenschappen zijn relatief eenvoudig te bepalen zonder ingewikkelde chemische analyses. Een hoge ratio gaat meestal samen met een relatief hoge methaanproductie en dus met een grote kans dat het veen komt opdrijven na inundatie (Tomassen et al. 2004a).

 

De pH van het veenpakket kan sterk worden beïnvloed door de nabijheid van gebufferd grondwater. In een groot deel van de hoogveenrestanten is de veenlaag die bewaard is gebleven erg dun, minder dan 1 m dik, en bevindt de veenbasis zich dus dicht aan het veenoppervlak. Indien gebufferd grondwater tot in de veenbasis reikt, kan in deze restveenpakketten een buffering optreden, waardoor de afbraakprocessen en dus de methaanproductie worden gestimuleerd. Dit is bijvoorbeeld het geval in het Vragenderveen (onderdeel van het Korenburgerveen) en het Haaksbergerveen. In het Haaksbergerveen heeft de bufferende invloed van het grondwater na inundatie op een aantal plaatsen geleid tot een snelle ontwikkeling van drijftillen door het opdrijven van restveen (Lamers et al. 1999). De invloed van gebufferd grondwater kan worden vastgesteld aan de hand van de analyses van het veenvocht in de veenbasis. Een hoge calciumconcentratie (>100 µmol l-1) in combinatie met een hoge pH (pH>5,0) en een hoge bicarbonaatconcentratie (>100 µmol HCO3 l-1) duiden op een buffering van de veenbasis. De mate waarin de buffering van de veenbasis doorwerkt op het veen zal afhangen van de mate waarin het grondwater is gebufferd en van de dikte en doorlatendheid van het veenpakket.

 

Indien zich drijftillen van opdrijvend restveen ontwikkelen, bepaalt de structuur van het veen of de drijftillen permanent blijven drijven of dat ze een seizoensdynamiek vertonen, waarbij ze in de winter zinken. De productie van methaan is als microbieel proces sterk afhankelijk van de temperatuur (Segers 1998). De methaanproductie zal in de zomer dan ook veel hoger zijn dan in de winter. Omdat methaan slecht in water oplosbaar is, blijft het methaangas in de vorm van belletjes hangen in het veen. Wanneer het veen los van structuur is, zal methaan relatief gemakkelijk ontsnappen. In de winter, wanneer de methaanproductie laag is, daalt de methaanconcentratie sterk en verliest het veen zijn drijfvermogen. Zodra in de loop van het voorjaar weer voldoende methaan is geaccumuleerd en gasbelletjes zijn gevormd, komt de drijftil weer omhoog. Deze seizoensdynamiek kan bijvoorbeeld worden waargenomen bij een aantal drijftillen in het Haaksbergerveen (Tomassen et al. 2004a).

 

 

Introductie van veensubstraat na inundatie

Op zwartveenlocaties die ten gevolge van de topografie van het terrein permanent geïnundeerd blijven en waar (dientengevolge) de perspectieven voor hoogveenontwikkeling niet erg goed zijn, kan worden overwogen de vestiging van veenmossen op drijftillen te stimuleren door introductie van veensubstraat. Het gaat daarbij om organisch materiaal uit de toplaag van hoogveen- of uit veenheidegebieden (Smolders et al. 2003, Tomassen et al. 2003a). Deze laag bevat veen, bestaat uit relatief makkelijk afbreekbaar organisch materiaal en kan zorgen voor voldoende methaangasproductie. Echter, een probleem vormt hierbij het feit dat deze toplaag in veel veenrestanten sterk is verzuurd (tot een pH 4 – 4,5), door sterke verdroging en oxidatieprocessen. Onder zure omstandigheden wordt de productie van methaangas sterk geremd en blijft het geïntroduceerde veensubstraat niet drijven. Door het te introduceren veen licht te bekalken blijkt drijftilvorming gestimuleerd te worden.

 

Uit de resultaten van een kasexperiment blijkt dat een éénmalige bekalking voldoende is om de pH te verhogen naar circa 5, waarbij de methaanproductie op gang komt (gegevens 2001). Aangezien methaanproductie een zuurconsumerend proces is, zal de pH niet meer dalen zodra de methaanproductie op gang is gekomen. In het kasexperiment is ook plagsel uit een vergraste veenheide (van het Bargerveen) ‘getest’ en dit materiaal blijkt snel te komen opdrijven. Op deze manier zouden twee vliegen in één klap kunnen worden geslagen, omdat plagsel dat bij het plaggen van terreinen vrijkomt meteen een goede bestemming vindt. Een aandachtspunt hierbij is wel de voedselrijkdom van het plagsel. Wanneer het materiaal te rijk is aan voedingstoffen bestaat de kans dat de drijftil snel dichtgroeit met soorten als Pijpenstrootje en Pitrus. Dit heeft sterke negatieve gevolgen voor de veenmosontwikkeling en methaanproductie en kan leiden tot het afzinken van de drijftil. Het verdient aanbeveling het materiaal op voedselrijkdom te screenen voor introductie. Er zijn nog geen maximale nutriëntenconcentraties die experimenteel zijn onderbouwd aan te geven, maar het is vastgesteld dat zich op veensubstraten met een P-concentratie hoger dan 20 µmol l-1 en een N-concentratie hoger dan 1000 µmol l-1 een dichte Pitrusvegetatie ontwikkelde.

 

Het is bij een introductie van veensubstraat belangrijk ook veenmossen te introduceren zo snel mogelijk nadat het veen is komen opdrijven. Drijftillen blijven namelijk drijven bij de gratie van de aanwezigheid van organisch materiaal dat nog afbreekbaar is en zo methaangas kan opleveren. Op de langere termijn zal er nieuw afbreekbaar organisch materiaal moeten worden gevormd door afgestorven resten van veenmossen of eventueel andere plantensoorten die op de drijftil gaan groeien. Lange-termijn onderzoek naar het drijfvermogen van drijftillen geeft duidelijk aan dat de methaanproductie sterk vermindert wanneer er geen vorming van nieuw afbreekbaar veen is. 

 

Bekalking bevordert het drijven van geïntroduceerd witveen, maar bij toediening van kalk in hoge concentraties stopt de veenmosgroei. Hoge calcium- en bicarbonaatconcentraties in het veenwater zijn namelijk toxisch voor veenmossen (Money 1995, Sliva en Pfadenhauer 1999). Een lage kalkadditie (maximaal 2 g dolokal per kg vers veen) geeft echter voldoende drijfeffect en vormt geen probleem voor de veenmosontwikkeling. Een hoge kalkadditie is overigens ook uit het oogpunt van de methaanproductie niet wenselijk (te sterke stimulatie van de afbraak met het risico op snelle uitputting van het veen).

 

Evenals het plas-dras vernatten van zwartveen is de introductie van veensubstraat als potentiële herstelmaatregel in de tweede OBN-onderzoeksfase opgeschaald naar veldschaal. In het Bargerveen werden hiervoor in 2004 zwartveenputten gegraven waarin veensubstraat werd gestort. Ondanks de sterke toename van de methaanproductie is het veen, tot op heden, niet komen opdrijven. Een verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat de structuur van het geïntroduceerde witveen te weinig samenhang had om drijftillen te vormen waarin methaanbelletjes worden vastgehouden.

 

 

Vernatting van witveen tot aan maaiveld

In niet of nauwelijks vergraven hoogveenrestanten, waar nog onvergraven, weinig gehumificeerd witveen aanwezig is en in feite sprake is van een verdroging van de toplaag van het veen (bijvoorbeeld in grote delen van het Fochteloërveen en het Meerstalblok), vond voor de uitvoering van herstelmaatregelen nauwelijks nog veenmosgroei plaats door te droge omstandigheden. Meestal zijn de sleutelsoorten (met name Wrattig veenmos en Hoogveenveenmos) in die situaties nog wel verspreid in het terrein aanwezig. Verder worden deze terreinen, door een combinatie van droogte en hoge stikstofdepositie, vaak gedomineerd door Pijpenstrootje, Berk en heidesoorten (Struikhei en Dophei). Vernatten van dit soort terreinen tot een niveau waarbij het water in ieder geval gedurende grote delen van het jaar aan het maaiveld staat, leidt tot een zeer positieve ontwikkeling van de vegetatie. Witveen heeft als gunstige eigenschap dat het opzwelt bij vernatting en inkrimpt bij verdroging, waardoor waterstandfluctuaties, althans gemeten ten opzichte van het maaiveld, worden gedempt. In een laboratoriumexperiment waarbij witveen werd vernat, leidde een tijdelijke waterstand van 10 cm onder het maaiveld of tijdelijke inundatie van 10 cm boven maaiveld dan ook niet tot verschillen in veenmosbiomassa aan het einde van het experiment. Dit in tegenstelling tot zwartveen.

  

De positieve resultaten van vernatting van witveen tot een niveau waarbij het water in ieder geval gedurende grote delen van het jaar aan het maaiveld staat, zijn ook te zien in delen van het Fochteloërveen, waar in de eerste jaren na vernatting (in 1999) de bedekking door heidesoorten sterk is afgenomen, terwijl veenmossen, Veenpluis en Eenarig wollegras zich sterk konden uitbreiden. Experimenten in het laboratorium laten hetzelfde zien: in de bakken met vernatte witveen plaggen uit andere verdroogde terreinen (Tuspeel, Mariapeel, Bargerveen en Clara Bog) traden dezelfde veranderingen op. Een zekere uitbreiding van pollen Eenarig wollegras is gunstig in hoogveenrestanten (Wheeler en Shaw 1995, Buttler et al. 1998). Het microklimaat wordt door de aanwezigheid van pollen Eenarig wollegras gunstig beïnvloed, waardoor de vestigingscondities voor andere vaatplanten, maar ook mossen, beter zijn (Lavoie et al. 2003). De pollen bieden een goede beschutting voor de veenmossen in de drogere zomerperiode en bovendien een structuur waar de veenmossen bij wat hogere waterstanden tegenop kunnen groeien (zogenoemde pollenbuffering). De mate waarin Eenarig wollegras zich uitbreidt na vernatten blijkt onder andere af te hangen van de nutriëntenrijkdom van het systeem. Bij een zeer sterke uitbreiding kan Eenarig wollegras door overmatige beschaduwing de veenmosgroei belemmeren.

  

Wat de terrestrische fauna betreft, kan een veenmosrijke plas-dras situatie binnen enkele decennia gekoloniseerd worden door diverse karakteristieke soorten loopkevers, spinnen en mieren. De diersoortensamenstelling wordt bepaald door de vochtigheid en vegetatiestructuur, maar ook door het kolonisatievermogen van soorten en het voorkomen van bronpopulaties in het terrein (Van Duinen et al. 2008c). Zoals beschreven, is het van groot belang dat relictpopulaties van soorten in het terrein behouden blijven. Daarvoor kan het nodig zijn dat de vernatting niet over de gehele oppervlakte tegelijkertijd wordt uitgevoerd, maar in ruimte en tijd gefaseerd wordt.