A comparison of methods to estimate canopy exchange at the Speulder forest

Abstract

In het verleden waargenomen verschillen tussen atmosferische depositie en doorvalfluxen in bossen worden voor een belangrijk deel toegeschreven aan kroonuitwisselingsprocessen. Ten einde inzicht te krijgen in kroonuitwisselingsprocessen en deze ook te kwantificeren zijn op de boslocatie Speuld verschillende veldonderzoeken uitgevoerd. Relevante informatie werd verkregen door i) meting van open-veld neerslag en doorvalfluxen met verschillende tijdresoluties, gebruikmakend van twee kroonuitwisselingsmodellen, ii) het vergelijken van resultaten van afspoelexperimenten met echte en kunstmatige twijgen, en iii) het vergelijken van doorval-depositieschattingen met schattingen van micrometeorologische metingen en inferentiemodellen. Specifieke informatie over kroonuitloging van uit de bodem afkomstig sulfaat is verkregen middels een S-35 bemestingsproef. Resultaten van de veldexperimenten lieten zien dat zwavel zich op langere termijn (maanden) in de boomkroon conservatief gedraagt. Afgezet tegen de totale atmosferische input van zwavel was de stomataire opname van SO2 (35 mol.ha-1.jaar-1) min of meer gelijk aan de leaching van sulfaat afkomstig uit de bosbodem (80 mol.ha-1.jaar-1). De stomataire opname van NO2 en HNO2 bedroeg 130 mol.ha-1.jaar-1. Omdat geen indicaties werden gevonden voor een significante opname van NO3- uit waterlaagjes op het boomoppervlak, bleef er een onverklaarbaar verschil van +/- 270 mol.ha-1.jaar-1 bestaan tussen de NOy depositieschatting en de NO3- doorvalflux. De stomataire opname van NH3 bedroeg 140 mol.ha-1.jaar-1 en de opname van NH4+ in oplossing 115 mol.ha-1.jaar-1. De totale bovengrondse opname van anorganische stikstofkomponenten bedroeg 385 mol.ha-1.jaar-1. De bovengrondse opname van H+ bedroeg 180-200 mol.ha-1.jaar-1. De kroonopname van NH4+ en H+ werd gecompenseerd door uitloging van K+ (270 mol.ha-1.jaar-1), Ca2+ (50-75 mol.ha-1.jaar-1) en Mg2+ (0-40 mol.ha-1.jaar-1). Een beperkt gedeelte van de uitloging van K+, Ca2+ en Mg2+ (15%) vond plaats in samenhang met zwak organische zuren. Er vond geen significante opname of uitloging plaats van Na+ en Cl-. De verschillen gevonden tussen atmosferische depositie en doorvalfluxen konden bijna geheel verklaard worden door uitwisselingsprocessen. Om het verschil tussen de atmosferische depositie van NOy en de doorvalfluxen van NO3- te kunnen verklaren is echter aanvullend onderzoek noodzakelijk. Aanvullende informatie aangaande uitwisselingsprocessen voor stikstofkomponenten kan verkregen worden door bijvoorbeeld gebruik te maken van tracers (15N) in ecosyteemonderzoek. Tegelijkertijd dienen de NO2, HNO2, HNO3 en NO3- depositieschattingen van micrometeorologische metingen en inferentiemodellen verbeterd te worden. De veldexperimenten op de boslocatie Speuld zijn verricht gedurende de winterperiode (november tot mei) wanneer, fysiologisch gezien, de vegetatie relatief inactief is. Door opschaling van de meetresultaten naar een jaar is de stomataire opname en de opname en uitloging in oplossing waarschijnlijk onderschat. Gedurende de meetperiode kwamen geen episodes met smog, vorst, droogte of een insecten plaag voor. Dergelijke factoren hebben grote invloed op kroonuitwisselingprocessen. De resultaten voor Speuld kunnen niet automatisch beschouwd worden als zijnde representatief voor andere bossen in Nederland. De mate van kroonuitwisseling hangt namelijk sterk af van de boomsoort en de groeiplaatsfactoren. Over het algemeen zal echter de kroonuitwisseling van SOx, Na+ en Cl- in Nederlandse bossen verwaarloosbaar klein zijn. Een kroonuitwisselingsmodel ontwikkeld door Ulrich (1983) en uitgebreid door Van der Maas & Pape (1991) is een bruikbaar hulpmiddel gebleken voor het kwantificeren van de kroonuitwisseling. De combinatie van doorvalmetingen en dit model leidt tot depositieschattingen welke vergelijkbaar zijn met de schattingen van micrometeorologische metingen en inferentiemodellen. Verschillende aannamen in het model zijn echter nog niet geevalueerd onder verschillende milieuomstandigheden (groeiplaats, verontreinigingsklimaat). Hierdoor blijft de bruikbaarheid van het model vooralsnog beperkt tot bosopstanden op droge, zandige, nutrienten arme podzolgronden, bij huidige niveau 's van luchtverontreiniging. Het model kan verbeterd worden door bij de berekening van de 'droge depositiefactor' rekening te houden met de verschillende massa-mediane diameters van Mg2+, Ca2+ en K+ aerosolen ten opzichte van die van Na+ aerosolen. Daarnaast dient de stomataire opname van NO2 en HNO2 in het model ingebracht te worden.

Differences observed between atmospheric deposition and throughfall fluxes in forests are often assumed to be the result of canopy exchange processes. To obtain more insight on these processes and to quantify them, several field experiments were performed at the Speulder forest research site. Relevant information was obtained by i) measuring open-field precipitation and throughfall fluxes with different time resolutions, using two canopy exchange models, ii) comparing deposition estimates from surface wash experiments using real and artificial twigs, respectively, and iii) comparing throughfall deposition estimates with estimates from micrometeorological techniques and inferential modelling. Specific information on canopy leaching of soil-derived sulphur was provided by a S-35 nutrition experiment. Sulphur was found to behave conservative within the canopy, with SO2 uptake more or less balancing leaching of soil- derived SO42-. Moreover, no significant canopy exchange was found for Na+ and Cl-. For reduced nitrogen and base cations, differences observed between atmospheric deposition and throughfall fluxes could almost completely be explained by canopy exchange. However, for closing the gap between the throughfall flux of NO3- and the deposition flux of NOy, additional research is necessary.