Bodem en natuurbeheer

Het huidige natuurgebied "de Bruuk" is gelegen in een oud dal dat verdiept en verbreed is door de voortstuwende ijsmassa in de ijstijden (zie meer bij de Geologie stuwwal). Na het wegtrekken van het ijs verzamelde water uit de stuwwallen van Groesbeek en het Reichswald zich in dit bekken. De zandige ondergrond wordt bedekt door een leem- en löslaag waarbovenop zich een veenpakket gevormd heeft. Moerige grond is tegenwoordig de venige grond waarin de blauwgrasplanten wortelen. Onderstaande aantekeningen geven een kleine indruk van hoe kwetsbaar het ecologisch evenwicht van de schrale Blauwgraslanden en welke beheermaatregelen genomen zijn om in De Bruuk dit landschapstype te behouden en zelfs uit te breiden.

Verrijking van de bodem door staken van het hooien

Het stoppen met het hooibeheer na aankoop van het reservaat in 1940 had tot direct gevolg dat de blauwgraslanden verruigden en vele planten het moeilijk kregen of zelfs verdwenen. Maaien met een rupsmachine; foto Gerard Verschooten

Maaien met een rupsmachine; foto Gerard Verschooten

Zeer waarschijnlijk speelde de verrijking van de bodem een aanzienlijke rol in deze achteruitgang. Op aanraden van van Leeuwen werd in 1957 het jaarlijkse maai- en afvoerregime weer ter hand genomen. Tegenwoordig wordt een maaimachine op rupsen gebruikt om schade aan planten, dieren en bodem door platdrukken te beperken. De blauwgraslanden zijn teruggekeerd, echter een aantal soorten, zoals Vetblad (Pinguicula vulgaris, Wolverlei (= Valkruid, Arnica montana) en Grote Muggenorchis (Gymnadenia conopsea), zijn weggebleven en anderen zoals Trilgras (= Bevertjes, Briza media) kunnen zich niet uitbreiden. Redenen voor het onvolledig herstel zijn het ontbreken van kiemkrachtig zaad in samenhang met de geïsoleerde ligging van De Bruuk ten opzichte van vergelijkbare gebieden en de verzuring van de bodem. Veenpluis is in bescheiden mate weer teruggekomen, mogelijk via aanvoer met de maaitractor.
Foto Gerard Verschooten; gebruikt met toestemming

Verdroging en verzuring door afname van kwelwater

Afname van de hoeveelheid kwel door afvang van water door de diepe landbouwsloten rondom het reservaat werd rond 1984 door Harrie van der Steeg geopperd als zijnde een hoofdoorzaak voor de achteruitgang van de schrale waterbehoevende moerasvegetatie en voor de opslag van wilg. Indien de venige bodem in zou drogen en vercomposteren, zouden grote hoeveelheden meststoffen vrijkomen. Verdroging moest en moet nog steeds dus daarom ook met alle middelen voorkomen worden.
De afnemende kweldruk werkte volgens van der Steeg tevens verzuring in de hand door verminderde aanvoer van (Ca²⁺) en (mono)waterstofcarbonaat-ionen (vroeger bicarbonaat genoemd = HCO₃^-), twee componenten die ervoor zorgen dat de bodem neutraal of zelfs licht basisch blijft. Men merkte dan ook op dat onder de verdwenen planten licht calciofyle (=van kalk houdende) soorten behoorden, zoals Rietorchis, Grote Muggenorchis en Vetblad.

Versterkte verzuring door regenwater

De Bruuk hoort tot de zogenaamde licht gebufferde systemen. Dat wil zeggen dat er weinig kalk (kalkgyttja) aanwezig is, maar net genoeg om niet-zuur grondwater te creëren dat zelfs in staat is zuur te neutraliseren, mits de hoeveelheid zuur binnen de perken blijft. Regenwater is van nature zuur en de laatste decennia door vervuiling nog zuurder dan normaal geworden. De toename van het aandeel van zuur regenwater bij afnemende ontzurende kwel in de waterhuishouding vormden een verklaring voor de verdwijning van calciumminnende soorten en de opkomst van zuurminnende soorten zoals Veenmos.

Vergiftiging, vermesting, verdergaande verzuring en verontreiniging

1. Sulfaat
Sulfaat is erg schadelijk voor de natuur, nog erger dan nitraat. Sulfaat leidt tot vergiftiging, eutrofiëring (overmaat IJzerhoudende kwel in De Bruuk

aan voedingsstoffen) en verzuring. In de Bruuk vormt sulfaat een groot probleem. "Waar al dit sulfaat precies vandaan komt moet nog onderzocht worden" stelt Esther Lucassen, projectleidster bij het onderzoekscentrum B-ware. Een optie is dat sulfaat wordt aangevoerd via het grondwater van buiten het systeem (nitraatuitspoeling door de landbouw of verdroging, beiden leiden tot oxidatie van geologisch marien FeS in de omgeving). Een andere mogelijkheid is dat het gemobiliseerd wordt binnen het systeem door verdroging (ook hier liggen kleilagen nabij de oppervlakte die wellicht zeer rijk zijn aan FeS).
Foto: IJzerhoudende kwel

Hoe komt het dat sulfaat zo schadelijk is?

a) Sulfaat is, evenals nitraat, een electron acceptor in de afbraak van veen. Hoge concentraties leiden allebei tot veenafbraak.

b) Sulfaat in het voedende grondwater wordt omgezet in veenlagen tot sulfide, dat bindt aan ijzer tot FeS. Dit gebeurt met name wanneer het waterpeil te hoog wordt opgestuwd als anti-verdroginsmaatregel. Als al het vrije Fe op is, accumuleert het sulfide: S^2- (vorming van H₂S, rotte eieren lucht). Sulfide is toxisch voor planten en dieren.
Een overmaat aan sulfide heeft nog andere gevolgen: sulfide gaat dan het ijzer van ijzer-fosfaten vangen, waardoor fosfaat vrijkomt: het gevolg is eutrofiëring! Dit proces heeft duidelijk geleid tot verruiging met Liesgras (Glyceria maxima) en Kroos (Lemna sp.) in de Bruuk. Verruiging samen met toename van de hoeveelheid sulfide bij lage aanvoer van ijzer (wat kan samenhangen met afname van kwel) bij het watertje de Leigraaf is aangedragen als oorzaak voor de verdwijning van de waterplant Duizendknoopfonteinkruid. Door toevoeging van ijzer werd de vergiftiging teniet gedaan; de sulfide werd gebonden tot ijzersulfide (FeS₂) en het fonteinkruid herstelde zich daar.

c) Door de grote hoeveelheden ijzersulfide in de bodems kan echter sterke verzuring optreden (proefschrift E. Lucassen):
4 FeS₂ + 14 H₂ met 15 O₂ → 4 Fe(OH)₃ + 16 H⁺ + 8 SO₄^2-

Uit experimenten waarin bodemmonsters uit de Bruuk onder laboratoriumomstandigheden droog zijn gelegd bleek dat een extreem lage zuurgraad zich ontwikkelde: liefst pH 2,5! Tegelijkertijd kwamen er gigantische hoeveelheden aluminium vrij. Daarmee wordt duidelijk dat verzuring ten gevolge van vermindering van de kweldruk niet alleen zijn oorzaak vindt in een verminderde aanvoer van Calcium, maar ook doordat oxidatie van pyriet in de bodem plaats vindt bij lagere grondwaterstanden.

2. Nitraat
In het kader van een onderzoek in 1989 naar de effecten van het vuilstort op De Bruuk bleek het grondwater van Groesbeek sterk vervuild te zijn met nitraat (NO₃^-). Gelukkig heeft dit nitraatrijke water de Bruuk niet verontreinigd. Onderzoeker J. Hoeks kwam tot de conclusie dat het meest plausibele scenario voor het wegvangen van nitraten en omzet tot stikstofgas dat naar de atmosfeer kan ontsnappen berustte op de volgende reactie met pyriet (= IJzersulfide = FeS₂), een stof die in voormalige meerbodems algemeen is:

Pyriet + Nitraat + Kalk + Water → Stikstofgas + Sulfaat + IJzer(3)hydroxide + Calcium + Waterstofcarbonaat
oftewel in scheikundige formules:
2 FeS₂ + 6 NO₃^- + 2 CaCO₃ + 4 H₂0 → 3 N₂ + 4 SO₄^2- + 2 Fe(OH)₃ + 2 Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

Ondanks het voordeel dat nitraat verdwijnt, heeft deze reactie ook nadelen en beperkingen:

Kalk verdwijnt, waardoor het grondwater zuurder wordt.
Het gevormde sulfaat kan met veen in de bodem reageren tot het giftige sulfide. Daarnaast leidt sulfaat tot interne eutrofiëring (P-mobilisatie door FeS vorming) en verzuring ten gevolge van FeS oxidatie (zie hierboven bij punt 1).
De hoeveelheid opgelost ijzer neemt af. Het gevormde ijzer(3)hydroxide daarentegen is onoplosbaar; het slaat neer en wordt zo onttrokken aan het grondwater. Door de afname van opgelost ijzer, met name in de sloten, kan de schadelijke sulfietwerking vervolgens onvoldoende worden tegengegaan (zie hierboven).
Wanneer de pyriet op zal raken, zullen grote hoeveelheden nitraat het reservaat wel binnendringen

3. Fosfaat
Fosfaat (PO₄^3-) is een hoofdvoedingsstof voor planten en het is van directe invloed op het type grasland. In blauwgraslanden is het gehalte aan opgelost fosfaat in de wortelzone van planten vaak erg laag, zo'n 1-2 micromol/l in de zomer. Wat aan fosfaat aanwezig is, zit krachtig gebonden aan bodemdeeltjes of aan mineralen zoals ijzer. Door middel van zwakke zuren die wortels of schimmels afscheiden komt net genoeg fosfaat vrij waarmee blauwgrasplanten door een zuinige P-huishouding zich nog kunnen ontwikkelen. Fosfaat is in schraallanden dan ook de beperkende factor.
In Groesbeek speelt dat naast nitraat ook veel meer fosfaat in de landbouwgrond wordt gestrooid dan het gewas kan opnemen. Deze hoeveelheid is zo groot dat die in het grondwater terecht kan gaan komen (of misschien al komt). Wanneer het fosfaat zo De Bruuk bereikt, zijn de schrale hooilanden ten dode opgeschreven.

4. Afvalstoffen van de vuilstortplaats
Vuilstort De Dukenburg nabij De Bruuk vormt in dit opzicht een extra gevaar van bemesting via het grondwater. Het GFT-afval in deze afvalberg vercomposteert en zou zonder maatregelen via het percolaatwater in het grondwater terechtkomen. Om te voorkomen dat percolaat in de Bruuk komt heeft men rond het stort een scherm van betoniet aangelegd van 2,5 m diepte binnen die ring een sloot waarin het percolaat wordt opgevangen om vervolgens naar de waterzuivering gebracht te worden. Regelmatig worden gehalten van diverse mineralen in het natuurreservaat gemeten om na te gaan of er toch stoffen naar De Bruuk lekken. Vooralsnog lijkt het vrij goed te gaan.

5. Ammonium vanuit de lucht
Bemesting vanuit de lucht vindt ook plaats vooral in de vorm van stiksof (ammonium) vanuit intensieve veehouderijen, maar ook fosfaat kan via de lucht aangevoerd worden. In de bossen in De Bruuk is deze bemesting goed waarneembaar. Bramen rukken hand over hand op en ook vergrassing treedt op.
Op de hooilanden is dat effect moeilijker waar te nemen. Onderzoeksgegevens uit de jaren tachtig, hebben aangetoond dat toen de aanvoer van stikstof vanuit de lucht de afvoer door maaisel overschreed. Voor fosfor gold dat vooralsnog niet. Stikstofbemesting uit de lucht is op langere termijn een bedreiging.

Bronnen van vervuiling voor de Bruuk en mogelijk oplossingen
Bedreigingen vanuit de omgeving voor de Bruuk en Oplossingen

Omvang van ecologische bedreigingen in cijfers

De waarden geven aan hoe omvangrijk verzuring en vervuiling zijn: volgens Bloemendaal en Roelofs sloeg in 1988 ongeveer 4-6kg zuur [H⁺] per jaar per ha neer in Nederland. Kwel bedraagt ongeveer 3 mm per etmaal, dat is 115 cm per jaar. Dat betekent bij de concentraties van nitraat van 80 mg/l (oftewel 0,080kg/m³) een aanvoer van 920 kg nitraat per ha (1,15 x 100 x 100 x 0,080). Die hoeveelheid verdwijnt en laat 15 kg zuur (H⁺) ontstaan en zorgt tevens voor het verdwijnen van 830 kg ijzer (Fe²⁺). Tenslotte bedroeg in 1994 de neerslag van ammoniak jaarlijks in Groesbeek 60 kg per ha (Bron: Provincie Gelderland).

Herstel en onderhoudsmaatregelen van Staatsbosbeheer

Staatsbosbeheer die De Bruuk beheert heeft in recente jaren de volgende concrete maatregelen ingesteld:

Verschralend maaibeheer (maaien en afvoeren) voortzetten. Door de aankoop van een maaimachine op rupsbanden ("seiga") wordt spoorvorming en platdrukken geminimaliseerd (zie foto hierboven).
Plaggen. Door de verzuurde en voedselrijke bovenlaag bodem af te plaggen, werkt men aan herstel van de gezonde uitgangssituatie in de hoop een aantal verdwenen plantensoorten zoals Vetblad weer terug te krijgen.
Begreppeling na het plaggen. Om het aandeel van -zuur- regenwater te verminderen legt men een fijnmazig patroon van ondiepe greppels aan met een flauw talud. Het regenwater wordt op die manier versneld afgevoerd.
Er wordt naar gestreefd de vuilstort zodanig afgewerkt te krijgen dat geen percolaat (meer) in De Bruuk kan terecht komen.
Opschonen van bodem van de Leigraaf (is vervuild met rioolslib en percolaat van het stort)
Verhogen van de kweldruk. 1. Hiertoe is de te diep ingegraven omgelegde Leigraaf gedempt. 2. De nieuwe Leigraaf ten oosten van de Bruuk is in het kader van de landinrichting in 2007 langs de wanden beleemd om te verhinderen dat grondwater door de watergang afgevangen wordt. (Helaas zijn anno 2008 op diverse plaatsen de leemwanden ingestort). 3. Een drietal stuwen in de poldersloten ten noorden van De Bruuk moeten een kwelonttrekkende werking hebben. Indien de kwel toeneemt, zou de kalkmoerasvegetatie (verbond van kleine Zeggen) kunnen terugkeren.
Omvormen bosstruweel naar schraalland. 5,5 ha wilgenstruweel/bos wordt verwijderd en omgezet in toekomstig schraalland
Aanpassen wandelpad door ophoging met een leem/grind mengsel.

Inmiddels, anno 2008, zijn er spectaculaire resultaten vastgesteld: er zijn diverse nieuwe soorten gevonden, zoals Duizendguldenkruid, Kleine Zonnedauw, Zeegroene zegge, Armbloemige Waterbies en Draadgentiaan.

Bronnen

Bovengenoemde korte beschrijving is opgesteld aan de hand van verscheidene bronnen:

Brinkhof, H.: diverse artikelen uit het Groesbeeks Milieujournaal, rapporten en notitie voor de Raad van State

Bloemendaal F. en J. Roelofs. 1988. Waterplanten en waterkwaliteit. Stichting Uitgeverij KNNV.

Brabers, M. 1993. Beheersplan Bruuk 1994-2004. Staatsbosbeheer Regio Rivierenland, Heesch.

Brinkhof, H. en I. Claessen. 1982. Graslanden en hun bodem. Onderzoek naar de bodem en samenstelling van de vegetatie in graslanden van De Bruuk en het Wijchens Ven. Botanisch lab van de Katholieke Universiteit Nijmegen.

Hoeks, J. 1987. Effecten van de vuilstortplaats ï¿½Dukenburgï¿½ op het Natuurreservaat De Bruuk. ICW.

Lamers, L.P.M., van den Munckhof P.J.J., Klinge, M. en Verhoeven, J.T.A. Verdroogd, vermest, verstard en versnipperd; hoe moet dat nu met onze laagveenwateren

Lucassen, E.C.H.E.T. 2004. Biogeochemical constraints for restoration of sulphate-rich fens. Ph.D. thesis. Radboud University Nijmegen, 150 pp

Plan Ruilverkaveling Groesbeek. 1993. Ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij. Landinrichtingsdienst.

Provincie en Stuurgroep milieubeschermingsgebied Groesbeek. 1994. Plan van aanpak milieubeschermingsgebied Groesbeek. Uitgave Heidemij Advies.

Steeg, H. van der. 1984. Wat is er mis met De Bruuk? Botanisch laboratorium, Katholieke Universiteit Nijmegen.

Vliet, J.S.P. van. 1979. Over de achteruitgang van de flora van Nederland met speciale aandacht voor blauwgras-landsoorten. Landbouwhogeschool Vakgroep Natuurbeheer. Wageningen.

Met bijzondere dank aan de Werkgroep Milieubeheer Groesbeek, het onderzoekscentrum B-ware en de Afdeling Ecologie vande Radboud Universiteit Nijmegen.