How does benthic life develop in an abandoned sand extraction pit?

~~ scroll naar beneden voor Nederlands ~~ for Dutch scroll down ~~

In the Netherlands, we extract a lot of sand from the North Sea, intended for maintaining the Netherlands' coastline and building infrastructure and buildings. To keep meeting the growing demand for sand, sand extraction wells are getting deeper and deeper. It used to be two metres, but today we regularly dig about six metres deep into the seabed.  

"There are major effects visible from this deeper sand extraction on the ecological development of the bottom life in such a sand extraction pit," says Rob Witbaard, ecologist at the Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ). "Even 12 years after sand extraction, the biodiversity in old a sand extraction site still clearly differs from its surroundings. Those areas are like scars on the seabed." 

Ecological development intermediate-deep sand pits 

Previous research showed that soil life in shallow sand extraction pits (up to two metres deep excavation) recovers to the original ecological situation within four to five years. It is also known that the original soil life does not return after very deep extraction in a sand pit of about 20 metres deep. In such a deep well, a muddy soil develops with other species that are suited to it. 

Sand from the Sea, the joint research programme of Rijkswaterstaat and the commercial sand extractors of the LaMER Foundation, aims to know how soil life develops in intermediate-deep sand extraction pits, in which sand up to six metres has been excavated. In spring 2023, NIOZ and WMR have delivered the research results. Results from other sub-studies are also expected later this year. 

Comparing soil fauna 

In the spring of 2022, the researchers sampled four abandoned intermediate-deep sand extraction pits of different ages (ranging from two to 12 years old) as well as surrounding reference areas. This was done using a so-called bottom scraper, which mainly samples the larger benthic animals (larger than 5 mm) such as shellfish, starfish, crustaceans, and benthic fish such as sand lance. Besides benthic animals, water depth, grain size and the percentage of organic matter in the seawater were measured. 

Pit captures mud

The researchers see clear differences between the sand extraction pits and the reference areas. Fine sediment and organic matter collect in these pits, probably because flow velocities are lower there due to the increased depth. This muddy sediment affects the composition of soil life. Although more animals and more biomass were found in the sand extraction pits, biodiversity has declined. Animal species that like food particles which are settling down, such as the sea urchin (Echinocardium cordatum), are doing well. But species that filter their food from water, such as most shellfish, are instead mostly absent from these old sand pits. It is also notable that some species which are characteristic to our sandy coast are missing in the sand extraction pits, such as the half-naked beach shell (Spisula subtruncata) and the sand lance (Ammodytes sp.). These species are an important food source for predatory fish, birds, and marine mammals.

Some recolonisation, no recovery

The study shows that a vibrant bottom-dwelling animal community can form again within two years in an intermediate-deep sand extraction pit. But the soil composition and the benthic animal community has changed compared to the surrounding seabed. Even though recolonisation has taken place, there has been no recovery to the original situation. Even 12 years after sand extraction, a sand extraction site still clearly differs from its surroundings. For each pit, the degree of silt sedimentation and the development of bottom life varies greatly. Besides the depth of the well, it is still unclear which factors determine the development of a sand extraction pit. Upcoming studies may shed light on this.

Scars on the seabed?

The research results show that the depth of the sand extraction well (-2, -6 or -20m) greatly influences the development of soil life in the pit. The insights gained into the ecological effects of sand extraction help determine how and where to extract much-needed sand; the sand extraction strategy. The deeper we extract sand, the longer these sand extraction wells remain physically and biologically different from the original situation. When determining the best sand extraction strategy, other considerations besides ecology come into play - including the perspective of spatial planning. Costs and practical feasibility also come play a role. And what does sea level rise mean for the sand extraction strategy in the coming decades? The knowledge from the now-published study provides more guidance for determining this future sand extraction strategy.

Hoe ontwikkelt het bodemleven zich in een verlaten zandwinput?

Hoe ontwikkelt het bodemleven zich in zandwinputten, waarin zand tot zes meter is afgegraven? Dit hebben het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) en Wageningen Marine Research (WMR) in 2022 onderzocht in opdracht van het programma Zand uit Zee (Rijkswaterstaat en Stichting LaMER). Hiervoor hebben zij het bodemleven in verlaten middeldiepe zandwinputten vergeleken met omliggende referentiegebieden met behulp van de NIOZ Triple D bodemschaaf.

In Nederland winnen we veel zand uit de Noordzee, bestemd voor het kustonderhoud van Nederland en de aanleg van infrastructuur en bebouwing. Om aan de groeiende vraag van zand te kunnen blijven voldoen, moeten we in zandwinputten steeds dieper graven. Vroeger was dat nog twee meter, maar tegenwoordig graven we geregeld zo’n zes meter diep in de zeebodem.

“Er zijn grote effecten zichtbaar van deze diepere zandwinning op de ecologische ontwikkeling van het bodemleven in zo’n zandwinput,” aldus Rob Witbaard, ecoloog van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ). “Zelfs 12 jaar na de zandwinning verschilt de biodiversiteit in oude een zandwinput nog duidelijk van zijn omgeving. Het zijn een soort littekens op de zeebodem.”

Ecologische ontwikkeling middeldiepe zandputten

Uit eerder onderzoek bleek dat het bodemleven in ondiepe zandwinputten (maximaal twee meter diepe afgraving) binnen vier à vijf jaar herstelt naar de oorspronkelijke ecologische situatie. Ook is bekend dat het oorspronkelijke bodemleven níet meer terugkeert na zeer diepe winning in een zandwinput van ongeveer 20 meter diep. In zo’n diepe put ontstaat een slibrijke bodem met andere diersoorten die daarbij passen.

Zand uit Zee, het gezamenlijke onderzoeksprogramma van Rijkswaterstaat en de commerciële zandwinners van Stichting LaMER, heeft onder andere als doel te onderzoeken hoe het bodemleven zich ontwikkelt in middeldiepe zandwinputten, waarin zand tot 6 meter is afgegraven. In het voorjaar van 2023 hebben NIOZ en WMR de onderzoeksresultaten opgeleverd. Later dit jaar worden ook resultaten van andere deelonderzoeken verwacht.

Bodemfauna vergelijken

In het voorjaar van 2022 hebben de onderzoekers vier verlaten middeldiepe zandwinputten van verschillende leeftijd (variërend van twee tot 12 jaar geleden afgegraven) én omliggende referentiegebieden bemonsterd. Dit gebeurde met een de zogenaamde bodemschaaf, die voornamelijk de grotere bodemdieren bemonsterd (groter dan 5mm) zoals schelpdieren, zeesterren, kreeftachtigen en bodemvissen zoals zandspiering. Naast bodemdieren zijn waterdiepte, korrelgrootte en het percentage organische stof in het zeewater bepaald.

Put vangt slib

De onderzoekers zien duidelijke verschillen tussen de zandwinputten en de referentiegebieden. In de putten verzamelt zich fijn sediment en organisch materiaal, waarschijnlijk omdat de stroomsnelheden daar lager zijn door de toegenomen diepte. Dit slib heeft effect op de samenstelling van het bodemleven. Hoewel er in de zandwinputten meer dieren en meer biomassa is gevonden, is de biodiversiteit afgenomen. Diersoorten die houden van neerdwarrelend voedsel, zoals de zee-egel (Echinocardium cordatum), doen het goed. Maar soorten die hun voedsel uit water filteren, zoals de meeste schelpdieren, zijn juist grotendeels afwezig in deze oude zandwinputten. Opvallend is ook dat enkele soorten die kenmerkend zijn voor onze zandige kust ontbreken in de zandwinputten, zoals de half geknotte strandschelp (Spisula subtruncata) en de zandspiering (Ammodytes sp.). Dit zijn soorten die een belangrijke voedselbron vormen voor roofvissen, vogels en zeezoogdieren.

Wel rekolonisatie, geen herstel

Uit het onderzoek blijkt dat zich binnen twee jaar wel weer een levendige bodemdiergemeenschap kan vormen in een middeldiepe zandwinput. Maar de bodemsamenstelling en de bodemdiergemeenschap is veranderd ten opzichte van de zeebodem in de omgeving. Dus hoewel er rekolonisatie heeft plaatsgevonden, is van herstel naar de oorspronkelijke situatie geen sprake. Ook 12 jaar na de zandwinning verschilt een zandwinput nog duidelijk van zijn omgeving. Per put varieert de mate van slibsedimentatie en de ontwikkeling van het bodemleven sterk. Naast de diepte van de put, is het nog onduidelijk welke factoren bepalend zijn voor de ontwikkeling van een zandwinput. Komende onderzoeken kunnen daar licht op werpen.

Littekens op de bodem?

De onderzoeksresultaten laten zien dat de diepte van de zandwinput (-2, -6 of -20m) van grote invloed is op de ontwikkeling van bodemleven in de put. De verkregen inzichten in de ecologische effecten van zandwinning bepalen mede hoe en waar het broodnodige zand gewonnen kan worden; de zandwinstrategie. Hoe dieper we zand winnen, hoe langer deze zandwinputten fysisch en biologisch blijven verschillen van de oorspronkelijke situatie. Bij het bepalen van de beste zandwinstrategie spelen naast ecologie ook andere afwegingen mee – onder meer vanuit de ruimtelijke ordening. Ook de kosten en praktische haalbaarheid spelen mee. En wat betekent de zeespiegelstijging voor de zandwinstrategie in de komende decennia? De kennis uit het nu gepubliceerde onderzoek geeft meer houvast bij het bepalen van deze toekomstige zandwinstrategie.