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.