Bodemverdichting

Wat is bodemverdichting? – Onderzoek

Wat is bodemverdichting?

Bodemverdichting of bodemcompactie is het samendrukken van bodempartikels door externe krachten waardoor de volumedichtheid en de penetratieweerstand toenemen en het totale poriënvolume afneemt. Hierdoor neemt ook het luchtvolume, de waterinfiltratiesnelheid en de verzadigde hydraulische conductiviteit af. Oppervlakkige verdichting situeert zich in de bouwvoor en kan gemakkelijk worden opgeheven door normale grondbewerkingen, terwijl verdichting van de diepere ondergrond (zone onder de bouwvoor) blijvend kan zijn in de afwezigheid van specifieke remediëringsmaatregelen.
Naast een invloed op bodemfysische, bodemchemische en bodembiologische eigenschappen heeft bodemverdichting een invloed op de vegetatiegroei. Een toename van de volumedichtheid gaat gepaard met een afname van de wortelgroei, en bijgevolg een reductie van de gewasontwikkeling en de opbrengst, omdat het water en de nutriënten onder de gecompacteerde zone niet beschikbaar zijn voor de plant. Gerapporteerde oogstverliezen situeren zich tussen 0,5% en 50%.

Onderzoek

Bodemverdichting in Vlaanderen en afbakening van risicogebieden voor bodemverdichting
Philippe Van De Vreken, Lieven Van Holm, Jan Diels en Jos Van Orshoven

Het eerste deel van het onderzoek bestond uit een litteratuurstudie met betrekking tot de definitie, processen, factoren en gevolgen van bodemverdichting, en het meten, het voorkomen en remediëren, en het modelleren van bodemverdichting. In een tweede deel werd een Vlaanderen dekkende gevoeligheidskaart en risicokaart ontwikkeld.
Belangrijk bij de ontwikkeling van deze kaarten is het begrip ‘precompressiestress’ als maat voor de structurele sterkte van een bodem en als indicator voor de gevoeligheid van een bodem voor verdichting. Zolang de verticale spanningen in de bodem, resulterend uit de op de bodem uitgeoefende mechanische drukken, deze waarde niet overschrijden, reageert de bodem elastisch. Een overschrijding van de precompressiestresswaarde impliceert echter een plastische en dus blijvende vervorming of bodemcompactie. De precompressiestresswaarde van een bodem is afhankelijk van de bodemvochttoestand of matrixpotentiaal. In deze studie wordt de precompressiestresswaarde geschat d.m.v. pedotransferfuncties (PTF) ontwikkeld voor Duitse bodems bij twee verschillende pF-waarden (pF = 1,8 en pF = 2,5). De PTF’s werden doorgerekend voor de bodemkaarteenheden van de digitale bodemkaart Vlaanderen waarbij de kaarteenheden vertegenwoordigd worden door het meest waarschijnlijke horizont waardoor het 41 cm dieptevlak loopt. Dit horizont is afgeleid uit de databank Aardewerk-BIS, die zelf gebaseerd is op de verzameling van bodemprofielstudies die zijn uitgevoerd ten tijde van de opmaak van de Belgische bodemkaart. De berekeningen resulteerden in twee gevoeligheidskaarten voor bodemverdichting in Vlaanderen, nl. voor pF-waarden 1,8 en 2,5. Daarnaast  werd ook een hybride gevoeligheidskaart berekend, waarbij aan een bodemkaarteenheid de structurele sterkte (precompressiestresswaarde) werd toegewezen van die pF (1,8 of 2,5) die het dichtst bij de reële vochtigheidstoestand in het voorjaar (berekende pF) ligt.

Kaart: hybridegevoeligheidskaart (JPEG 14,4MB) (nieuw venster)

De gevoeligheid voor bodemverdichting wordt hier gedefinieerd als de relatieve of absolute mate waarin de kans op bodemverdichting varieert met de inherente bodemeigenschappen bij een gespecificeerde vochttoestand.

Een inschatting van het risico vergt de kennis van het bodemgebruik, meerbepaald de belasting van de bodem door het gebruik van landbouwmachines. Het risico op bodemverdichting is dan de waarschijnlijkheid (relatief/absoluut) dat een gevoeligheidsscore die kritisch is voor een gespecificeerd bodemvochtgehalte wordt overschreden bij een specifieke belasting. In deze studie werd de grensbelasting berekend m.b.v. het SOILFLEX model voor twee scenario’s, telkens bij twee vochttoestanden (pF = 1,8 en pF = 2,5). Het eerste scenario betreft een typische tractorband (480/80R42); het tweede scenario betreft een typische band van een oogstmachine (800/65R32). Deze risicokaarten vormen tevens het uitgangsmateriaal voor een hybride risicokaart. Als voorbeeld tonen we hier de risicokaart voor de oogstmachineband bij pF 1,8. Hieruit blijkt dat op 59% (naar oppervlakte) van de bodemkaarteenheden het gebruik van deze band, zelfs bij de laagste door de fabrikant aangegeven wiellast, tot overschrijding van de structurele sterkte leidt en aldus bijdraagt tot verdichting onder de bouwvoor.

Kaart: risicokaart voor bodemverdichting (JPEG 14,9MB) (nieuw venster)

Tenslotte werd een veldvalidatie uitgevoerd, en werden de kaarten getoetst in kenniscirkels. De veldvalidatie toonde aan dat de precompressiedrukwaarde gemeten op stalen van een representatieve set van bodems meestal hoger waren dan de precompressiedrukwaarde zoals voorspeld door de gevoeligheidskaarten. De geschatte precompressiedrukwaarden zijn immers gebaseerd op historische data uit Aardewerk, verzameld tussen 1947 en 1971. Sindsdien zijn landbouwmachines steeds groter en zwaarder geworden. De gevoeligheidskaarten kunnen dus als geldig beschouwd worden voor bodems die nog geen of weinig compactie hebben ondergaan. Het zijn m.a.w. historische gevoeligheidskaarten die een basis kunnen vormen voor het afbakenen van risicogebieden, wetende dat op een aanzienlijk aantal percelen binnen deze gebieden compactie inmiddels is opgetreden waardoor het risico op verdere compactie is afgenomen maar schade t.g.v. de opgetreden compactie reeds aan de orde is. Aangezien volumegewicht de belangrijkste predictor is in de gebruikte pedotransferfuncties voor de precompressiedrukwaarde, lijkt de kennis van het actuele volumegewicht een belangrijke sleutel te zijn om gevoeligheids- en risicokaarten te maken die beter rekening houden met de compactie die reeds is opgetreden.

Eindrapport (pdf - 11,1MB) (nieuw venster)