Soil functioning and species redundancy in contaminated soils; the relevance of environmental heterogeneity

In micro-ecosystemen met een gering aantal strooisel en grond etende soorten gaf een verhoging van het aantal soorten een sterke stimulans aan bodemprocessen als stikstofmineralisatie, strooiselfragmentatie en verrijking van organisch materiaal in de bodem. Bij verdere verhoging van het aantal soorten werd echter nauwelijks meer effect vastgesteld. De toename van soorten heeft een positief effect maar dit effect wordt steeds minder belangrijk bij hoge soortsaantallen. Dit houdt niet in dat bij hoge soortenrijkdom soorten zomaar zonder gevolgen kunnen verdwijnen. Met verschillende soortencombinaties in deze micro-ecosystemen werden interacties tussen soorten aangetoond, zowel positieve interacties (de aanwezigheid van soort A doet het functioneren van soort B toenemen) als competitie (soort A en B zitten elkaar in de weg). Positieve of negatieve interacties tussen soorten op bodemprocessen konden worden voorspeld met het ‘functional niche concept’. Het functional niche concept kwantificeert hoe verschillend of gelijk soorten zijn als het gaat om effecten op bodemprocessen. Soorten die niet op elkaar lijken qua effect op bodemprocessen hebben positieve invloed op elkaar, terwijl soorten die sterk op elkaar lijken een negatieve interactie vertonen. Dit effect van interacties tussen soorten werd waargenomen bij belangrijke bodemprocessen als microbiële activiteit (bodemademhaling), de inbreng van organisch materiaal in de bodem, en de mineralisatie van stikstof.

De tweede hoofdlijn in het onderzoek ging uit naar de betekenis van heterogene bodemkwaliteit voor de aanwezigheid en het functioneren van de bodemfauna. In de uiterwaarden ligt de bodemverontreiniging niet direct aan het bodemoppervlak, maar is afhankelijk van de sedimentatiesnelheid te vinden op enkele centimeters of decimeters diepte. Niet alle bodemdieren zullen daarom in dezelfde mate worden blootgesteld. Er werd in het veld en in het laboratorium onderzoek gedaan. In de Afferdensche en Deestsche Waarden werd gedurende 3 jaar een monitoringsprogramma uitgevoerd, waarbij vier locaties met verschillende diepteprofielen van vervuiling werden geïnventariseerd op regenwormen, pissebedden, en andere zgn. detritivore (strooisel en grondetende) bodemdieren. De onderzochte locaties betroffen een schoon bodemprofiel, een diep verontreinigd profiel (dieper dan 15 cm -mv), een oppervlakkig verontreinigd profiel (tot 20 cm -mv) en een totaal verontreinigd profiel (tot 40 cm –mv). Direkte aanwijzingen voor effecten van de vervuiling op de bodemfauna werden niet gevonden. Ontwijking van verontreinigde bodemlagen werd ook niet waargenomen in het veld. De aantallen individuen van verschillende soorten regenwormen leken wel samen te hangen met het type bodemprofiel. De regenworm A. caliginosa had hoge biomassa op schone locaties, terwijl de regenworm A. chlorotica hoge biomassa had in vochtigere, en meer vervuilde locaties. Echter, deze verschillen waren waarschijnlijk toe te schrijven aan het hogere vochtgehalte in de bodem, aangezien A. chlorotica een vochtminnende soort is. Ook het herstel van de populaties van bodemfauna na droogte of kou was niet negatief beïnvloed door verontreiniging, noch de locatie in vervuiling. In het najaar was regenworm biomassa gecorreleerd met regenval, wat aangeeft dat vochtgehalte in de bodem een limiterende factor is voor herstel van de populatie na zomerdroogte. In het voorjaar was de biomassa gecorreleerd aan de minimum temperatuur in mei, wat suggereert dat de bodemtemperatuur, en dus activiteit en metabolisme, de limiterende factor lijkt te zijn voor herstel van regenworm populaties na winterkou en overstroming.

De resultaten in het veld gaven aan dat de aanwezige verontreiniging geen effect heeft op bodemfauna of dat variatie in omgevingsfactoren als bodemvocht en klimaat eventuele effecten van vervuiling op bodemfauna hebben gemaskeerd. Een micro-ecosystemen proef werd daarom opgezet in het laboratorium om onder gestandardiseerde klimaatomstandigheden het effect van vervuiling te onderzoeken. De vier profielen van bodemverontreiniging werden op verkleinde schaal nagebootst en drie soorten werden getest; een diepgravende, grondetende regenworm, een oppervlakkig-gravende, strooiseletende regenworm en een oppervlak bewonenden, strooiseletende pissebed. Er waren geen observaties van ontwijkgedrag van vervuilde lagen door de regenwormen, noch waren er indicaties in graafgedrag of het gehalte organische stof van de bodem dat een verandering in functioneren van de dieren zou indiceren. Echter, er werd een direct effect van de verontreiniging op bacteriën en schimmels gevonden, waarbij ook bodemademhaling en nitraatproductie geremd waren. In aanwezigheid van regenwormen werden deze negatieve effecten voor een groot deel gecompenseerd door de stimulerende werking van regenwormen op de activiteit van microorganismen, al bleven bodemademhaling en nitrificatie iets verlaagd.

Het feit dat er geen direct effect van bodemverontreiniging op biomassa van regenwormen is gevonden, valt waarschijnlijk toe te schrijven aan de ouderdom van de vervuiling en de kleiïge bodem van het uiterwaardengrasland. Totaalgehalten van contaminanten in de bodem zijn niet altijd indicatief voor ecologische risico’s. De biologische beschikbaarheid van die contaminanten hangt sterk samen met het bodemtype en hoe lang de stoffen al in de grond aanwezig zijn. Kleideeltjes en organisch materiaal binden de contaminanten sterk, waardoor bodemdieren minder worden blootgesteld, minder stoffen opnemen, en daardoor minder toxische effecten ondervinden. Mettertijd zullen niet gebonden contaminanten uitspoelen naar diepere lagen. Hierdoor blijven sterk gebonden contaminanten over, zodat de blootstelling in de tijd vermindert. Dit neemt niet weg dat de resterende bodemverontreiniging in deze inactieve vorm zeer lang aanwezig zal blijven; bij veranderende milieuomstandigheden (bijvoorbeeld een flinke daling van de zuurgraad) zal ook deze sterke binding tussen bodem en contaminanten minder worden. Dit aspect van risicobeoordeling valt echter buiten de scope van dit project.