Al decennia lang proberen wetenschappers over de hele wereld de interactie tussen water en bodem te begrijpen en gestructureerd vast te leggen. Een goed begrip is van groot belang, vanwege de impact die water en bodems op ons leven hebben. Te natte of te droge bodems hinderen gewasgroei, maar kunnen ook zorgen voor schade aan gebouwen door maaiveldzakking. Bij overstromingen bepaalt de bodem hoe snel de situatie herstelt, en kunnen specifieke bodemeigenschappen een dijkdoorbraak helpen voorkomen.
Water en bodem heeft ook invloed op ons klimaat. De interactie tussen water en bodem stuurt bijvoorbeeld de afbraak van organische stof en daardoor de uitstoot van broeikasgassen. Goed inzicht in de interactie tussen water en bodem maakt het mogelijk voorspellingen te doen, of te sturen op de uitspoeling van schadelijke en niet schadelijke stoffen, natuurontwikkeling en de inrichting van ons land.
Dijkdoorbraak Wilnis
In de nacht van 25 op 26 augustus 2003 verschuift in het dorp Wilnis een dijk over de lengte van ongeveer 60 meter een flink stuk richting een woonwijk. Als gevolg van deze verschuiving stroomt er ongeveer 230.000m³ water een woonwijk binnen. In totaal moeten 1500 personen worden geëvacueerd. De schade bedraagt circa € 1,4 mln. Om de wateroverlast te stoppen, wordt de Ringvaart afgedamd, totdat de dijk is hersteld. Rioolcapaciteit en bodemeigenschappen bepalen vervolgens de snelheid waarmee het waterpeil in de wijk daalt. Na verloop van tijd zakt ook het grondwaterpeil, waardoor secundaire schade door grondverzakkingen als gevolg van bodemkrimp en zetting en schade aan funderingen ontstaat.
De oorzaak van de dijkverschuiving is uitgebreid onderzocht. Het is het gevolg van een langdurige periode van droogte in combinatie met de grondsoort in de dijk. Door het afnemende vochtgehalte en de bodemeigenschappen van de dijk, die grotendeels uit veen bestaat, werd de massa van de dijk ongewoon klein, vertoonde scheurvorming door krimp en werd het veen deels waterafstotend. Door deze hydrofysische bodemeigenschappen kon het veen in de dijk na de daaropvolgende regenbui onvoldoende snel zijn oorspronkelijke eigenschappen herstellen: vochtopname stagneerde, de massa bleef klein en krimpscheuren dichtten niet door zwel bij vochtopname. Het gevolg was dat de dijk plaatselijk ging drijven en door de zijwaartse druk van het toenemende waterpeil in de Ringvaart de wijk in werd gedrukt.
De Nederlandse overheid onderkent het belang van hydrofysische bodemeigenschappen en heeft daarom het verzamelen en het gestructureerd in kaart brengen ervan aangemerkt als een wettelijke onderzoekstaak.
Wat zijn de gevolgen van bodemverdichting?
Beter begrip van bodemeigenschappen
De noodzaak van een goed begrip van de interactie tussen water en bodems is evident, maar het lijkt eenvoudiger dan het is. Bodems zijn namelijk uiterst divers. Ze hebben een oneindig aantal mogelijke samenstellingen in korrelgrootteverdeling, korrelvormen, aggregaat-vormen, aandelen organische stof, dichtheden en krimp- en zweleigenschappen. We hebben het dan nog niet over temperatuurinvloeden, waterafstotende eigenschappen en de veranderingen over de tijd die het gedrag van water in de bodem kunnen bepalen.
Toch slaagt de wetenschap er steeds beter in om de interactie tussen bodem en water vast te leggen in series van semi-onveranderlijke parameters per bodemsoort, de zogenaamde hydrofysische bodemparameters. Met deze parameters in handen kan beter gestuurd worden op bijvoorbeeld de vochthuishouding in de bodem door middel van irrigatie, of kan het effect worden bepaald van een grondwaterstandverhoging op de broeikasgasemissies in een gebied. De Nederlandse overheid onderkent het belang van hydrofysische bodemeigenschappen en heeft daarom het verzamelen en het gestructureerd in kaart brengen ervan aangemerkt als een wettelijke onderzoekstaak.
Bodem en water in relatie tot voedselzekerheid
Voedsel is een primaire levensbehoefte. Door een steeds groeiende wereldbevolking neemt daarom de vraag naar voedsel en goede groeicondities voor gewassen toe. Dit stelt hoge eisen aan bodem, water, infrastructuur en arbeid. Voedselzekerheid, voedselveiligheid en voedselkwaliteit zijn belangrijke thema’s. Klimaatverandering vormt een extra uitdaging, want hoe gaan we om met periodes van te veel en te weinig water die kunnen leiden tot verdroging, verzilting en erosie?
Klimaatverandering vormt een extra uitdaging, want hoe gaan we om met periodes van te veel en te weinig water die kunnen leiden tot verdroging, verzilting en erosie?
Europa werkt de komende jaren aan deze vraagstukken rondom water en voedsel, daarbij gesteund door vastgestelde Duurzame Ontwikkelingsdoelen (Sustainable Development Goals, SDG’s), die zijn opgesteld de door de regeringsleiders van de lidstaten van de Verenigde Naties. Elke bodem gedraagt zich anders ten aanzien van het watervasthoudend vermogen en de snelheid waarmee het water transporteert. In samenhang met watertransport en waterretentie wordt ook het stoffentransport en de zuurstofvoorziening in het wortelstelsel geregeld. Hydrofysische gegevens worden tezamen met weersvoorspellingen en andere gegevens gebruikt om gewasgroei te optimaliseren. Er moet niet teveel maar ook niet te weinig worden geïrrigeerd en de zuurstofbeschikbaarheid in de bodem moet worden gegarandeerd. Ook de uitspoeling van stoffen die in het bodemwater zijn opgelost moet worden beperkt. Dit kan door gebruik te maken van voorspellende modellen, die gevoed worden met hydrofysische bodemgegevens. Precisielandbouw wordt hiermee beter mogelijk.
SOPHIE: Efficiënte en gestandaardiseerde bodemmeetmethoden
Bovenstaande voorbeelden zijn slechts een kleine greep uit het toepassingsgebied van hydrofysische bodemgegevens. Deze gegevens kunnen steeds beter worden gemeten en gemodelleerd. De methoden om deze gegevens te verzamelen zijn echter nog arbeidsintensief, waardoor grootschalige en universeel toepasbare inventarisaties van gegevens uitblijven. Innovatie en standaardisatie van methoden stagneert, omdat in rapporten die gaan over maatschappelijk relevante projecten, weliswaar de gegevens nodig blijken voor het oplossen van de vraag, maar erin geen prominente aandacht krijgen.
Groeiafname door bodemverzilting
Ter compensatie en vanwege het grote gedeelde belang van goede en uitgebreide hydrofysische bodemgegevens, is SOPHIE in het leven geroepen. SOPHIE (Soil Program on Hydro-Physics via International Engagement) werkt aan de ontwikkeling van een internationaal netwerk dat zich inzet om goedkopere en efficiëntere meetmethoden voor veld en laboratorium te ontwikkelen. Er wordt door SOPHIE veel aandacht besteed aan verbetering van standaardisatie en harmonisatie. Dit is nodig omdat het vakgebied nog redelijk jong is, en er verschillende high-tech en low-tech-technieken binnen Europa worden gebruikt, waardoor gegevens moeilijk met elkaar te vergelijken zijn. Door harmonisatie en standaardisatie kunnen gegevens die door verschillende landen en instanties worden ingewonnen wel met elkaar worden vergeleken, en daardoor gebruikt worden in politieke besluitvorming op bijvoorbeeld EU-niveau.
Het resultaat valt of staat met het gebruik van goede data: dat weet iedereen, maar het wordt makkelijk vergeten als er niet expliciet aandacht voor wordt gevraagd.
SOPHIE ziet voldoende mogelijkheden ter verbetering. Deze mogelijkheden vragen echter een brede acceptatie, validatie en standaardisatie van de methoden. Eén voorbeeld is het aanpassen van bestaande remote- en proximal sensing-technieken naar voor bodemonderzoek geschikte methoden. Toepassing van deze methoden in combinatie met moderne veld- en laboratoriumtechnieken kan leiden tot snelle en efficiënte manieren om op grote schaal specifieke hydrofysische parameters te bepalen. Deze parameters zijn dan direct toepasbaar in grootschalige studies naar bijvoorbeeld de effecten van bufferstroken langs waterlopen op de uitspoeling van pesticiden, of het effect van het verlagen van het grondwaterpeil op de gewasproductie in een gebied. Zodra alle lidstaten de verzameling en interpretatie van dergelijke bodemgegevens op een uniforme wijze uitvoeren, kunnen de gegevens integraal worden gebruikt, onder andere zoals voorzien voor LUCAS (Land Use and Coverage Area frame Survey).
SOPHIE organiseert bijeenkomsten en zet zich in om samen met partners projecten te werven om haar doelstellingen te kunnen realiseren. En daarbij helpt het als de lezer of toehoorder van maatschappelijk relevante onderzoeksresultaten breder geïnformeerd wordt dan alleen over het onderzoeksresultaat zelf. Het resultaat valt of staat met het gebruik van goede data: dat weet iedereen, maar het wordt makkelijk vergeten als er niet expliciet aandacht voor wordt gevraagd.