Acidification and Eutrophication of Forests on Sandy Soil: Effects of Forest Type and Deposition Load
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Acidification and eutrophication of forests on sandy soil: effects of forest type and deposition load An De Schrijver To my parents Promotor: Prof. dr. ir. K. Verheyen Department of Forest and Water Management, Laboratory of Forestry Dean: Prof. dr. ir. H. Van Langenhove Rector: Prof. dr. P. Van Cauwenberge An De Schrijver ACIDIFICATION AND EUTROPHICATION OF FORESTS ON SANDY SOIL: EFFECTS OF FOREST TYPE AND DEPOSITION LOAD Thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Doctor (PhD) in Applied Biological Sciences Verzuring en vermesting van bossen op zandbodem: effecten van bostype en depositielast Illustrations on the cover: Mixed stands of pine and oak at Mattemburgh (Pictures: Robbie Goris) Citation: De Schrijver A. 2007. Acidification and eutrophication of forests on sandy soil: effects of forest type and deposition load. Ph.D. thesis, Ghent University, Belgium, 189p. ISBN-number: 9789059891685 The author and the promotor give the authorisation to consult and to copy parts of this work for personal use only. Every other use is subject to the copyright laws. Permission to reproduce any material contained in this work should be obtained from the author. A team effort When Lance Armstrong won his fourth Tour de France, he not only followed tradition by dividing the prize money among his team-mates, he also doubled the amount to his fellow cyclists out of his own pocket. This largesse recognized that without his team’s support, Armstrong wouldn’t have won the race. It also demonstrates best practice in team science – rewarding the supporting cast that makes a lead author’s findings possible, rather than hoarding all of the credit for oneself. Nature (2003), volume 424, p. 471. Het team: Luc De Keersmaeker die de eerste steen legde van het biogeochemisch bosomvormingsonderzoek. Lieven die telkens op het juiste moment met het cruciale idee kwam. Sebastiaan die komaf maakte met de ‘silly measurements’ en ons het begrip kwaliteit inpeperde. Sylvie, die gelukkig beter dan ik kan optellen en aftrekken. Gert, Noah en Elke, met wie ik samen gigantische hoeveelheden bodem- en waterstalen en dus gegevens verzamelde (Gert alleen al meer dan 1000 stalen!). Onze laboranten Greet & Luc, wiens expertise en gemotiveerdheid het chemisch laboratorium in een paar jaar tijd een drastische metamorfose lieten ondergaan. De zusjes Christel en Cindy, op wie ik altijd kon rekenen. Etienne met de gouden handen, die de meest futuristische meetapparatuur fabriceerde. Professor Lust, die telkens weer zijn vertrouwen en financiële steun gaf. Houtvester Patrick Engels, die al die plastieken troep in zijn domeinbos Ravels duldde. VZW Natuurpunt en het Agentschap Natuur en Bos voor de toelating onderzoek te doen in hun domeinen i A team effort Ludwig De Temmerman, die ons toegang gaf tot zijn verzuringsdatabank. Jan en Jeroen, mijn ‘brothers in science’, wat ging van fundamentele discussies en soms ook ‘dit trekt echt op niks’, tot het verbeteren van punten en komma’s. Guy, wiens grote kennis van het bos en zijn beheer van onschatbare waarde was. De nieuwe generatie biogeochemici: Lotte, Leen en in het bijzonder Karen. Ook dank aan Margot voor de wasko tekeningen en het naleeswerk en aan Peter, Evy en Lander en de mensen van de Vereniging voor Bos in Vlaanderen (VBV) voor de fijne sfeer. De lange lijst ex-collega’s die de revue passeerden in Gontrode, zowel werkzaam aan het labo als bij de VBV. Robbie voor de foto’s van Mattenburgh. Laurent Augusto, qui a contribué à distance. Kris, wiens grote gedrevenheid en enthousiasme enorm stimulerend en grensverleggend is. En natuurlijk mijn fantastische familie: mijn ouders & zussen, schoonbroers, neefjes en nichtjes, Jenny & Gilbert, Lieven en natuurlijk onze Flor en Fil Dank jullie! Merci! Mijn dank ook aan de voorzitter en de leden van de leescommissie en de jury voor de constructieve opmerkingen op de eerste versie van dit werk: Professoren Walter Steurbaut, Bart Muys, Stefaan De Neve, Pascal Boeckx, Monique Carnol en Roeland Samson. A special thanks to dr. Klaus Von Wilpert, who came all the way from Germany. Ten slotte nog dit: De krant De Standaard kopte op 13 mei 2003 op de voorpagina: ‘Zure regen bestaat niet’ en ‘Bossen zijn belangrijke bronnen van vervuiling’. Ik hoop dat dit werk helpt het tegendeel te bewijzen. Michelbeke, April 2007. ii Contents ___________________________________________________________________________ A TEAM EFFORT........................................................................................................................ III CONTENTS................................................................................................................................ III LIST OF ABBREVIATIONS AND SYMBOLS................................................................................. VII 1 INTRODUCTION 1.1 Facts and figures for Flanders............................................................................................................... 1 1.1.1 Nitrogen deposition............................................................................................................................ 1 1.1.2 Potentially acidifying deposition....................................................................................................... 7 1.2 Nitrogen and potentially acidifying deposition in forests.................................................................... 9 1.2.1 Forests and nitrogen deposition...................................................................................................... 10 1.2.2 Forests and potentially acidifying deposition ................................................................................ 20 1.3 Aim and schematic overview of the thesis .......................................................................................... 27 2 ACIDIFICATION OF FORESTED PODZOLS IN FLANDERS (NORTHERN BELGIUM) DURING THE PERIOD 1950-2000 2.1 Abstract ................................................................................................................................................. 31 2.2 Introduction .......................................................................................................................................... 32 2.3 Material and methods........................................................................................................................... 33 2.3.1 Data collection .................................................................................................................................. 33 2.3.2 Sample preparation and chemical analyses................................................................................... 34 2.3.3 Quality control ................................................................................................................................. 34 2.3.4 Statistical analysis ............................................................................................................................ 35 2.4 Results.................................................................................................................................................... 35 2.4.1 Comparison of pH values and H+-concentrations between sampling years................................ 35 2.4.2 Comparison of average annual acidification rate during the periods 1950-1985 and 1985-2000... 37 2.5 Discussion .............................................................................................................................................. 38 2.5.1 Which buffer systems were/are responsible for acid neutralisation?.......................................... 38 2.5.2 What were/are possible causes for soil acidification? ................................................................... 38 iii Contents 2.5.3 Why is the acidification profile different between two measuring periods?............................... 39 2.5.4 How much buffer capacity is still left?........................................................................................... 40 2.6 Conclusions............................................................................................................................................ 41 3 SOIL ACIDIFICATION ALONG AN AMMONIUM DEPOSITION GRADIENT IN A CORSICAN PINE STAND IN NORTHERN BELGIUM 3.1 Abstract ................................................................................................................................................. 43 3.2 Introduction .......................................................................................................................................... 44 3.3 Materials and methods ......................................................................................................................... 45 3.3.1 Study site........................................................................................................................................... 45 3.3.2 Data collection .................................................................................................................................. 45 3.3.3 Data analysis..................................................................................................................................... 47 3.4 Results.................................................................................................................................................... 47 3.5 Discussion .............................................................................................................................................