Solute transport in Sphagnum dominated bogs : the ecophysiological effects of mixing by convective flow

De aanleiding van dit proefschrift was een fenomeen dat door Baaijens (1982) en Rappoldt et al. (2003) is beschreven. Dit fenomeen, ‘buoyancy-driven water flow’ genaamd, is een convectiestroming in de bovenste laag van een met water verzadigde veenmoslaag, die optreedt als gevolg van het temperatuurverschil tussen dag en nacht. ’s Nachts koelt het oppervlak van de veenmoslaag af, wat resulteert in een relatief koude, zware laag bovenop warmer, lichter water. Als het dichtheidsverschil tussen deze twee lagen groot genoeg is dan zinkt de bovenste, zwaardere laag en komt de warme, ondergelegen laag naar boven. Hoogvenen zijn voor de aanvoer van nutriënten voornamelijk aangewezen op atmosferische depositie. Het blijkt echter dat onder niet vervuilde omstandigheden de jaarlijkse aanvoer van nutriënten middels depositie niet voldoende is voor de waargenomen primaire productie in deze systemen. Er moeten derhalve andere nutriëntenbronnen bij betrokken zijn. Mineralisatie van organisch materiaal is de belangrijkste bron van nutriënten voor veenmossen in deze ecosystemen. De grootste metabolische activiteit en de grootste opname van nutriënten vindt echter plaats in het capitulum, het bovenste deel van een individuele veenmosplant. De ruimtelijke scheiding tussen mineralisatie en de capitula vereist een efficiënt systeem voor het transport van nutriënten. Diffusie, intern transport en capillair transport waren de bekende wegen waarlangs nutriënten worden getransporteerd in een hoogveen. Aanvullend op deze mechanismen werd buoyancy flow beschreven als mogelijk mechanisme waarlangs nutriënten van lagere veenlagen naar boven en vice versa, kunnen worden getransporteerd. Bewijs voor het optreden van buoyancy flow werd geleverd door Rappoldt et al. (2003) op theoretische en experimentele gronden. Echter, direct bewijs voor het transport van opgeloste stoffen ontbrak en het belang van buoyancy flow in het transport van nutriënten in een hoogveen bleef onduidelijk. Dit proefschrift levert direct bewijs voor het transport van opgeloste stoffen middels buoyancy flow. Bovendien laat dit proefschrift zien dat buoyancy flow nutriënten transporteert in zulke hoeveelheden dat het, ten opzichte van andere transportmechanismen, een belangrijke rol speelt in de nutriëntenvoorziening van een veenmoslaag wanneer deze met water is verzadigd. Transport van nutriënten middels buoyancy flow. Het mesocosm experiment in hoofdstuk 2 laat zien dat opgeloste stoffen snel én in grote hoeveelheden getransporteerd kunnen worden door buoyancy flow in een Sphagnum-matrix. Hieruit kan worden geconcludeerd dat buoyancy flow een efficiënt extern transportmechanisme is in een waterverzadigde Sphagnum-laag en kan bijdragen aan de voorziening van nutriënten in de bovenste laag van een hoogveen en het hergebruik van nutriënten. De opnamecapaciteit van ammonium door veenmossen Daarnaast laat het mesocosm experiment zien dat als gevolg van buoyancy flow er een sterke plotselinge, of stapsgewijze, toename van nutriënten in de bovenste Sphagnum-laag kan optreden. Door buoyancy flow getransporteerde nutrienten zijn alleen van ecologisch belang als Sphagnum planten het vermogen hebben om die in korte tijd toegenomen hoeveelheid nutriënten daadwerkelijk te benutten. In hoofdstuk 2 is de opnamekinetiek van Sphagnum voor ammonium bepaald. De resultaten laten zien dat Sphagnum heel goed kan profiteren van de stapsgewijze beschikbaarheid van ammonium. In hoofdstuk 2 is ook de rol van de celwand als ionenwisselaar in de opname van nutriënten gedemonstreerd. Concluding remarks Sphagnum mosses are known for their ability to engineer their environment (Van Breemen, 1995). One of these engineering abilities is to maintain low nutrient concentrations in the pore water, preventing increased vascular plant cover and keeping the competitive advantage. Depending on Sphagnum habitat, different transport mechanism play a role in this efficient scavenging for nutrients. In this thesis we demonstrated that buoyancy-driven water flow plays an important role in the distribution of nutrients in Sphagnum bogs. Buoyancy flow might also have an important influence on primary production and decomposition rates by preventing the building up of gradients that have a negative feedback on these processes (N, CO2 and O2). In this context, the disruption of the nutrient balance in these ecosystems by high N atmospheric deposition loads are easily understood. Buoyancy flow, a worldwide occurring, but poorly studied phenomenon in Sphagnum bogs will have to be taken account when we want to understand bog functioning.

Maatregeleffectiviteit meerherstel : Algenrespons op P-reductie in het Nannewiid

Een van de doelen van de Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK) is het kwantificeren van de effectiviteit van lokale maatregelen in verschillende watertypen op verschillende organismengroepen. In dit document wordt de effectiviteit van een pakket van fosfor reducerende maatregelen op de algenrespons in het Nannewiid geanalyseerd. Er kan worden geconcludeerd dat de algengemeenschap een sterke verandering laat zien na de herstelmaatregelen waarin taxa indicatief voor voedselrijke omstandigheden zijn afgenomen wat duidt op een vermindering in eutrofiëring van het Nannewiid

The importance of groundwater-derived carbon dioxide in the restoration of small Sphagnum bogs

Essential for successful bog restoration is the reestablishment of Sphagnum mosses. High carbon dioxide availability has been shown to be of great importance for the growth of Sphagnum mosses. In well-developed Sphagnum bogs large amounts of carbon dioxide are produced by (an)aerobic decomposition of the peat layer. In cut-over Sphagnum bogs this carbon source is often greatly reduced. In this study the importance of groundwater-derived carbon dioxide is demonstrated in aquatic environments, where Sphagnum species have started to form floating mats after former cutover activities by farmers. We discuss the results of measures taken to restore one of the largest wet heathland reserves in western Europe. After rewetting, some bogs developed markedly well, whereas others did not. The developmental success of 10 small bogs was quantified by analysing aerial photographs and sampling of surface and groundwater. The analysis of the ground- and surface water samples revealed that in the well-developed bogs there were significantly higher TIC/CO2 concentrations than in poorly developed bogs. It is concluded that in the early stages of bog formation the growth of Sphagnum is better in bog systems that are fed by an inflow of carbonrich groundwater from outside the bog. The present findings suggest that high carbon dioxide availability is a prerequisite for the successful reestablishment of Sphagnum mosses in peat-bog restoration projects and that carbon-rich groundwater can substitute for the carbon dioxide from decomposing peat

Factors influencing the seed source and sink functions of a floodplain nature reserve in the Netherlands

Question: How do species traits and abiotic factors influence the extent of hydrochorous dispersal into and out of a small floodplain area along a freeflowing river in The Netherlands? Location: The Kappersbult nature reserve (5310702800N, 613701400E), which is a floodplain along the Dutch River Drentsche Aa. Methods: Seeds transported by the river were collected in fine mesh nets for 24 consecutive hours once or twice a week for 1 year, upstream and downstream of the studied floodplain. Data on the captured seeds were related to species traits and abiotic factors and species composition in the floodplain. Results: The floodplain functioned both as a seed source and sink. High levels of river water seemed to promote seed transport to or from the floodplain. Seeds of riverbank species occurred significantly more often in the river water than expected. Net source species had significantly higher seed production, taller stature and higher seed buoyancy, but lower site elevation than net sink species. Seed weight was significantly higher for sink species than for other species. Conclusion: Our study found that inundation, and therefore more natural river water management, is a prerequisite for seed transport to and from a floodplain. The restoration of target floodplain vegetation may be successful for common species that produce many seeds and grow in proximity to the river. Consequently, it is expected that the probability of restoring vegetation types that occur further from the river, such as wet grasslands, by hydrochorous dispersal is low.