Nutriënten
Vennen worden gekenmerkt door lage concentraties van verschillende soorten plantenvoedingsstoffen (nutriënten). Hierdoor komen er in vennen veel soorten voor die zich hebben aangepast aan een leven van schaarste. De belangrijkste limiterende nutriënten zijn koolstof, fosfor en stikstof. Het belang van koolstof wordt elders besproken. De beschikbaarheid van stikstof en fosfor wordt in hoge mate bepaald door processen die zich in de bodem afspelen, vooral omdat de bulk ingebouwd zit in organisch materiaal of aan de bodem gebonden is.
Fosfor zit vooral ingebouwd in organisch materiaal, of zit gebonden aan ijzer. Het komt vrij in de vorm van fosfaat bij afbraak van organisch materiaal of wanneer onder zuurstofloze condities ijzerhydroxide wordt omgezet in gereduceerd ijzer. Dit fosfaat kan in de waterlaag komen door het afsterven van waterplanten of wanneer de bodem onvoldoende ijzer bevat om het opgeloste fosfaat in de waterbodem vast te kunnen houden. Onder natuurlijke omstandigheden is de afbraaksnelheid van organisch materiaal gering en is er een grote overmaat ijzer aanwezig die dit fosfaat kan binden. De waterlaag is in de natuurlijke situatie daarom vrijwel altijd zeer fosfaatarm (< 0,5 micromol/liter, oftewel < 0,016 milligram/liter). De meeste planten halen fosfaat met hun wortelstelsel uit de bodem. Gespecialiseerde plantensoorten zoals Oeverkruid zijn met hun grote doorworteling van de bodem en samenleving met mycorrhiza-schimmels wel in staat om gebonden fosfaat vrij te maken. De beschikbaarheid van fosfaat kan hoger worden door aanvoer van fosfaat van buitenaf, bijvoorbeeld door aanvoer van fosfaatrijk water, door uitwerpselen van watervogels, door bladinwaai of door inwaai van stuifmeel (externe eutrofiering). Maar ook kan bijvoorbeeld door aanvoer van zwavel of door alkalinisatie mobilisatie van fosfaat uit de waterbodem optreden (interne eutrofiering).
Ook de beschikbaarheid van mineraal stikstof is in het water van natuurlijke vennen vaak erg laag en minder dan 20 µmol/l. Als het aanwezig is, dan kan stikstof in verschillende vormen aanwezig zijn. De belangrijkste vormen zijn ammonium, gebonden aan protonen (NH4), en nitraat, in verbinding met zuurstof (NO3). Afhankelijk van de zuurgraad en zuurstofbeschikbaarheid in de bodem worden ammonium en nitraat door bacteriën in elkaar omgezet [A80]. Hierdoor is in zure wateren stikstof aanwezig als ammonium en in gebufferde wateren als nitraat.
Stikstof (N) komt in organisch materiaal onder andere voor in aminozuren en eiwitten. Daarnaast kan het anorganisch aanwezig zijn als ammonium (NH4+), nitraat (NO3-) en meestal in zeer geringe mate als nitriet (NO2-). Ammonium zit vaak gebonden aan het bodemadsorptiecomplex en is daarom een stuk minder mobiel dan nitraat, dat veel gemakkelijker uitspoelt. De stikstof in organisch materiaal wordt door mineralisatie vrijgemaakt, eerst in de vorm van ammonium (ammonificatie). Ammonium kan vervolgens door nitrificerende bacteriën worden omgezet in nitraat (nitrificatie). Hierbij wordt H+ gevormd, dat bij onvoldoende buffercapaciteit in een systeem tot verzuring kan leiden. Als de pH-waarden dalen onder de 5 wordt de nitrificatie steeds meer geremd.
Bij een lage redoxpotentiaal kan nitraat zelf optreden als oxidator en vindt nitraatreductie plaats. Het meest voorkomend is denitrificatie, waarbij nitraat wordt omgezet in stikstofgas (N2). Behalve van de redoxpotentiaal hangt de snelheid van denitrificatie af van de beschikbaarheid van zuurstof, nitraat, organisch materiaal en van de zuurgraad. Denitrificatie is een anaëroob proces en wordt sterk geremd door de aanwezigheid van zuurstof en verder bij een geringe beschikbaarheid van organisch materiaal. Tevens treedt alleen bij zeer lage pH-waarden beperkte denitrificatie op. Bij denitrificatie wordt netto buffercapaciteit gegenereerd, want behalve stikstofgas (N2) wordt ook bicarbonaat gevormd. De buffercapaciteit in een systeem kan hierdoor wat toenemen.
Gekoppelde nitrificatie-denitrificatie kan resulteren in netto verwijdering van N en dus tot een verlaagde stikstofbeschikbaarheid in een ecosysteem. Dit proces speelt vooral een rol in afwisselend natte en droge situaties, of in natte bodems met een klein aëroob toplaagje rond de wortels van planten. Veel planten transporteren zuurstof naar hun wortels en oxideren zo de wortelzone. Isoetiden zijn daar bijzonder efficiënt in. Nitrificatie en denitrificatie volgen elkaar snel op wanneer in het aërobe laagje de nitrificatie plaatsvindt en het gevormde nitraat vervolgens in de anaërobe laag wordt gedenitrificeerd.
Bij ontwikkeling van vennen op voormalige landbouwgronden vormt vooral de grote hoeveelheid fosfor die in de bouwvoor aanwezig is een risico voor de waterkwaliteit. Wanneer deze laag langdurig nat blijft, kan fosfaat oplossen en via oppervlakte- of grondwater het ven bereiken. Ook kan bij hoog water het ven direct in contact staan met zo’n fosfaatrijke bouwvoor. In dat geval is het beter om de contactzone af te dekken met een laag voedselarm en bij voorkeur ijzerrijk zand.