1 Selectie van de doelstellingen

Transcriptie

1 Verzuring Clemens Mensink, Ann Colles, Centrum voor Teledetectie en Atmosferische Processen, Vito An De Schrijver, Laboratorium voor Bosbouw, Universiteit Gent Jos Hendriks, Laboratorium Agrarische Bouwkunde, KULeuven Jan Meykens, Bodemkundige Dienst van België vzw Johan Brouwers, verantwoordelijk teamlid, mira-vmm Situering Verzuring van het milieu treedt rechtstreeks op wanneer verzurende bestanddelen zich afzetten op vegetatie, bodem, gebouwen en oppervlaktewater, of onrechtstreeks wanneer de chemische samenstelling van bodem en oppervlaktewater wijzigt. Oorzaak van verzuring is de verontreiniging van de lucht door emissies van zwaveldioxide (SO2), stikstofoxiden (NO en NO2, samen aangeduid als NOx), ammoniak (NH3) en hun reactieproducten. De afzetting van verontreiniging kan gebeuren door natte depositie (uitwassen door regen, sneeuw, mist of hagel) of door droge depositie (absorptie van gassen en bezinking of afzetting van zwevende stofdeeltjes). De inbrenging van zuren in het milieu verhoogt de kans op schade aan ecosystemen, corrosie van materialen en versnelde verwering van gebouwen. 1 Selectie van de doelstellingen We drukken de doelstellingen uit in termen van verzurende depositie van SOx-, NOy- en NHx-verbindingen. Deze verbindingen zijn verzameltermen voor respectievelijk de verzurende zwavelcomponenten (SO2 en SO4 2- ), de geoxideerde stikstofcomponenten (NO, NO2, peroxyacetylnitraat of pan, HNO2, HNO3 en NO3 - ) en de gereduceerde stikstofcomponenten (NH3 en NH4 + ). Deze deposities worden uitgedrukt in zuurequivalenten per hectare en per jaar (Zeq/ha.jaar). Een depositie van één mol SOx-verbindingen levert twee zuurequivalenten, terwijl één mol NOy- of NHx-verbindingen leidt tot maximaal één zuurequivalent.

2 384 Verzuring 4.13 De gemeten, berekende of geschatte deposities worden getoetst aan doelstellingen die gebaseerd zijn op het concept van kritische last. Dit is de maximaal toelaatbare depositie per eenheid van oppervlakte voor een bepaald ecosysteem zonder dat er volgens de huidige kennis schadelijke effecten optreden (Nilsson, 1988). In vlarem ii staan kritische lasten vermeld voor enkele specifieke ecosystemen: Zeq/ha.jaar voor naaldbossen en heide op zandgronden; Zeq/ha.jaar voor loofbossen op arme zandgronden; Zeq/ha.jaar voor loofbossen op rijkere zandgronden. Als langetermijndoelstelling (ltd) stellen we voorop dat in geen enkel ecosysteem de kritische last voor verzuring nog mag worden overschreden. Momenteel is de praktische toetsing voor de naleving van deze ltd enkel mogelijk voor 652 bosecosystemen in Vlaanderen. Hun specifieke kritische last voor verzurende zwavel varieert per ecosysteem van 648 tot Zeq/ha.jaar, en voor verzurende stikstof van 793 tot Zeq/ha.jaar. De totale kritische last voor verzuring is een functie van de kritische last voor verzurende zwavel, van de kritische last voor verzurende stikstof alsook van de minimaal benodigde hoeveelheid stikstof. Als gemiddelde depositiewaarde voor heel Vlaanderen waarbij geen overschrijding van de kritische lasten in die bosecosystemen optreedt, hanteren we voorlopig de strengste waarde uit vlarem ii: Zeq/ha.jaar. In de nabije toekomst zal de evaluatie van deze doelstelling(en) zich niet meer beperken tot bosecosystemen, maar zal ook rekening worden gehouden met andere ecosystemen (met name heide en grasland). In het kader van mira loopt momenteel een onderzoeksopdracht om die ruimere evaluatie mogelijk te maken. De doelstelling op middellange termijn (mltd), een gemiddelde depositie van Zeq/ha.jaar in 2010, is gebaseerd op de verbintenissen opgenomen in het Protocol van Göteborg (1/12/1999). Dit is het 8 e protocol van de Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution (lrtap, 2000), opgesteld ter bestrijding van verzuring, eutrofiëring en troposferische ozon. Door de emissieplafonds en emissiereducties uit dit protocol te respecteren, zou in 2010 de kritische last voor verzurende zwavel nog maar in 4 % van de gevallen overschreden worden voor de groep van 652 Vlaamse bosecosystemen. De kritische last voor verzurende stikstof zou dan nog in 68 % van die bosecosystemen overschreden worden. Een Europese richtlijn Nationale Emissie Maxima (nem) ter bestrijding van verzuring, eutrofiëring en troposferische ozon is momenteel in voorbereiding en wil nog strengere emissieplafonds opleggen tegen 2010, die nauwer aansluiten bij de ltd.

3 Voor de doelstelling op korte termijn (ktd) verwijzen we naar het minaplan 2, waarin voor 2002 een gemiddelde verzurende depositie van Zeq/ha.jaar werd vooropgesteld. Tabel 1 geeft een samenvatting van de geselecteerde doelstellingen. Tabel 1: Geselecteerde doelstellingen indicator 4.13 Verzuring 385 doelstellingen ktd (2002) mltd (2010) ltd gemiddelde verzurende depositie in Vlaanderen * 1 (Zeq/ha.jaar) percentage overschrijdingen van de kritische last - 4 % 0 % voor verzurende zwavel* 2 percentage overschrijdingen van de kritische last - 68 % 0 % voor verzurende stikstof* 2 * 1 : zolang we de naleving van doelstellingen enkel kunnen toetsen voor bosecosystemen. * 2 : voor 652 bosecosystemen in Vlaanderen. 2 Huidige toestand, evolutie en aandeel doelgroepen De analyse van de huidige toestand voor verzurende deposities en van de evolutie in relatie tot de doelstellingen is zowel gebaseerd op modelberekeningen voor het hele grondgebied van Vlaanderen als op depositiemetingen in 6 representatieve bossen die deel uitmaken van het bosbodemmeetnet. Door middel van het model Operationeel Prioritaire Stoffen of ops-model (van Jaarsveld, 1989) hebben we voor Vlaanderen de gemiddelde verzurende deposities van SOx-, NOy- en NHx-verbindingen berekend over de periode (figuur 1). Gelet op het belang van het grensoverschrijdende transport van verzurende stoffen, werden ook de emissies van de andere gewesten en van de ons omringende landen in rekening gebracht. Voor de verschillende jaren werden identieke meteorologische gegevens gebruikt: de gemiddelde weersomstandigheden over de periode Dit laat toe het effect van emissiebeperkende maatregelen eenduidig in beeld te brengen, vermits de verschillen tussen de jaarlijkse deposities daardoor onafhankelijk gemaakt zijn van de weersomstandigheden. De modelberekeningen geven aan dat de totale verzurende depositie in Vlaanderen daalde met 23 % van gemiddeld Zeq/ha.jaar in 1990 tot Zeq/ha.jaar in Deze laatste depositie was als volgt samengesteld: een gemiddelde SOx-depositie van Zeq/ha.jaar (- 40 % t.o.v. 1990); een gemiddelde NOy-depositie van 802 Zeq/ha.jaar (- 9 % t.o.v. 1990); een gemiddelde NHx-depositie van Zeq/ha.jaar (- 10 % t.ov. 1990).

4 Daarbij ligt de ktd nog steeds veraf (2 900 Zeq/ha.jaar). Het relatieve aandeel van de NHx-depositie in de totale verzurende depositie steeg van 41 % in 1990 tot 48 % in Figuur 1: Evolutie van de totale verzurende deposities (in 10 3 Zeq/ha.jaar) (Vlaanderen, ) 386 Verzuring 4.13 verzurende depositie (10 3 Zeq/ha.jaar) SOx NOy NHx KTD (2002) Figuur 2 toont het percentage bosecosystemen waarvoor in de periode een overschrijding van de kritische lasten voor verzurende zwavel (SOx) en stikstof (NOy en NHx) werd berekend. Voor elk bosecosysteem werd hiertoe de berekende lokale verzurende depositie vergeleken met de eigen kritische last voor zwavel- en stikstofdepositie (Craenen, 1996). Over de periode is er een duidelijke daling merkbaar van het aantal overschrijdingen van de kritische lasten voor verzurende zwavel. Voor verzurende stikstof is dit niet het geval. Figuur 2: Percentage overschrijdingen van de kritische lasten voor verzurende zwavel- en stikstofcomponenten in bosecosystemen (Vlaanderen, ) aantal overschrijdingen kritische last (%) zwavel stikstof

5 4.13 Verzuring 387 Het aandeel van de verschillende doelgroepen in de totale verzurende deposities van 1998 staat weergegeven in figuur 3. Iets minder dan de helft van die depositie is afkomstig van buitenlandse emissiebronnen (import). De resterende bijdrage komt van de Vlaamse landbouw (29 %), de gezamelijke industriële activiteiten (11,5 %), de bevolking (6,5 %) en het verkeer & vervoer (5 %). Volgens de gegevens van emep (Mylona, 1999) exporteerde België in % van de eigen SO2-emissies, 86 % van de eigen NOxemissies en 74 % van de eigen NH3-emissies (specifieke gegevens voor Vlaanderen zijn hierover niet beschikbaar). Figuur 3: Aandeel van de doelgroepen in de verzurende deposities (Vlaanderen, 1998) import 48% bevolking 6,5% thermische centrales 3% raffinaderijen 2% chemie 1,5% overige industrie 5% landbouw 29% verkeer & vervoer 5% Figuur 4 toont de gemiddelde jaarlijkse zuurdepositie en de neerslaghoeveelheid op de vrije veldlocaties en in de bossen van het bosbodemmeetnet voor de periode Uit deze figuur blijkt duidelijk dat in bosecosystemen de zuurdepositie meer dan dubbel zo hoog is dan op het vrije veld. Door de ruwheid van bossen en hun grote contactoppervlak met de atmosfeer vormen bossen efficiënte luchtfilters, wat hen tegelijk kwetsbaar maakt voor verzuring. De data van het bosbodemmeetnet tonen aan dat de kritische lasten voorgesteld in vlarem ii voor verzuring in bossen (1 400 à Zeq/ha.jaar) ruim overschreden worden. Uit een trendanalyse bleek dat de vastgestelde tijdsevolutie voornamelijk neerslaggebonden is, waarbij een hogere neerslaghoeveelheid resulteert in een hogere hoeveelheid natte depositie. De gemeten waarden gaan uit van doorvalwater en stamafvloei en geven vooral een indicatie van de natte depositie, terwijl de modelresultaten (figuur 1) een beeld geven van de totale depositie (natte + droge). Een vergelijking kan hier dus niet direct gemaakt worden, maar is wel onderwerp van verdere studie.

6 388 Verzuring 4.13 Figuur 4: De gemiddelde jaarlijkse zuurdepositie en neerslaghoeveelheid op vrije veldlocaties en in bossen van het bosbodemmeetnet (Vlaanderen, ) deposities (10 3 Zeq/ha.j) 6 13% deposities op het vrije veld neerslag neerslag (m) ammonium sulfaat % neerslag 59% deposities in bossen nitraat Bron: eigen berekeningen Universiteit Gent. 3 Toekomstverkenning bij verschillende scenario s Om rekening te kunnen houden met het grensoverschrijdend transport van luchtverontreinigende stoffen, werden de bau- en bau+-scenario s van de sectoren aangevuld met scenario s voor emissies buiten Vlaanderen. Het bau-scenario werd voor de buitenlandse emissies aangevuld met een referentiescenario dat rekening houdt met de actuele nationale en internationale wetgeving inzake verzurende emissies en met de verplichtingen die zijn aangegaan in het kader van eerdere protocols onder de Conventie lrtap (Amann, 1999). Het bau+-scenario werd voor de emissies buiten Vlaanderen aangevuld met de emissieplafonds voor de ons omringende landen (en gewesten) tegen 2010, zoals opgenomen in het protocol van Göteborg. Ook voor de scenarioberekeningen zijn de gemiddelde meteorologische gegevens van de periode gebruikt. De gehanteerde scenario s en doelstellingen voor verzuring zijn nauw verweven met de problematiek zoals beschreven in 4.12 Vermesting (NOx, NH3), 4.14 Fotochemische luchtverontreiniging (NOx) en 4.5 Zwevend stof (bijdragen van SO4 2-, NO3 - en NH4 + ). Deze meervoudige relaties tussen verschillende luchtverontreinigende stoffen en hun effecten zijn ruimschoots aangetoond in de studie die vooraf is gegaan aan de onderhandelingen voor het protocol van Göteborg (Amann, 1999). Ook de toekomstige Europese richtlijn ter bestrijding van verzuring en troposferisch ozon die momenteel in voorbereiding is, baseert zich op deze geïntegreerde benadering.

7 De bij bau en bau+ berekende verzurende deposities (gemiddelden voor Vlaanderen) worden in figuur 5 vergeleken met de eerder geselecteerde doelstellingen. In het bau-scenario wordt geen van de 3 doelstellingen gehaald, zelfs niet in Voor het bau+-scenario lijkt de ktd (2 900 Zeq/ha.jaar) wel haalbaar tegen 2005 (3 jaar later dan gewenst). De mltd (2 538 Zeq/ha.jaar) lijkt gemiddeld gezien over Vlaanderen voor het bau+-scenario tijdig realiseerbaar tegen Dit betekent echter nog niet dat daarmee ook mltd voor de individuele ecosystemen gehaald zal worden (zie bespreking bij figuur 6). Om de ltd (1 400 Zeq/ha.jaar) te kunnen halen, zijn nog bijkomende maatregelen nodig. Figuur 5: Evolutie van de verzurende deposities (in 10 3 Zeq/ha.jaar) bij een bau- en een bau+scenario (Vlaanderen, ) 3 10 Zeq/ha.jaar Verzuring BAU BAU+ KTD (2002) MLTD (2010) LTD Figuur 6 geeft de verwachte overschrijding van de kritische lasten voor de 652 bosecosystemen bij een bau- en een bau+-scenario tot Voor de verzurende zwavel lijkt de mltd (4 % overschrijdingen) in het bau+-scenario niet haalbaar. De mltd voor verzurende zwavel ligt dan ook kort tegen de ltd (geen overschrijding kritische lasten). Alleen de mltd voor de verzurende stikstof (68 % overschrijdingen) lijkt haalbaar in het bau+-scenario. Dit komt omdat het protocol van Göteborg dat de aan de basis ligt van onze mltd, meer nadruk legt op de (minder dure) reductie van SO2-emissies, terwijl in ons bau+-scenario bijkomend ook nog een grote(re) inspanning wordt gedaan om de NH3-emissies verder te reduceren.

8 390 Verzuring 4.13 Figuur 6: Percentage overschrijdingen van de kritische lasten voor verzurende zwavel- en stikstofcomponenten bij 652 bosecosystemen in een bau- en bau+-scenario (Vlaanderen, ) aantal overschrijdingen (%) zwavel BAU zwavel BAU+ stikstof BAU stikstof BAU+ MLTD stikstof MLTD zwavel LTD De evolutie van de verspreiding van verzurende deposities over Vlaanderen is in kaart gebracht voor 1990 (figuur 7), 1998 (figuur 8), 2010 volgens het bau-scenario (figuur 9) en 2010 volgens het bau+-scenario (figuur 10). Ondanks het feit dat gemiddeld genomen de mltd bij het bau+scenario wordt gerealiseerd (zie figuur 5), kan men constateren dat in grote delen van Vlaanderen de verzurende depositie toch nog boven de mltd uit zal komen. Dit stemt overeen met de gegevens voor zwavel vervat in figuur 6. 4 Evaluatie van de doelafstand en aanvullende maatregelen De scenariodoorrekeningen en de vergelijking met de afstand tot de ltd voor verzurende zwavel- en stikstofcomponenten (figuur 6) tonen dat aanvullende maatregelen nodig zijn om deze ltd te realiseren. Er is vooral nood aan maatregelen die een verdere reductie van de stikstofhoudende deposities tot gevolg hebben. In 2010 kunnen we verwachten dat respectievelijk 75 % (bau) en 74 % (bau+) van deze deposities te wijten zullen zijn aan de NH3-emissies. Deze emissies zijn bijna uitsluitend afkomstig van de landbouwsector. Daarom gaan we hier specifiek in op aanvullende maatregelen binnen de landbouw.

9 4.13 Verzuring Doelafstand en aanvullende maatregelen in de landbouw Uit punt 3 blijkt dat geen enkele doelstelling gehaald wordt bij het bauscenario. De bijkomende maatregelen die vervat zitten in het bau+-scenario kunnen als een minimum beschouwd worden om tegen 2010 alsnog de mltd voor verzurende (stikstof)depositie te halen. Een voorbeeld van zo n maatregel is de verlaging van de N-excretie met 10 % voor de volledige veestapel, zoals reeds is afgesproken in het kader van een milieuconvenant met de landbouwsector. Om de ammoniakemissie op stalniveau te verlagen, kan een versnelde introductie van emissie-arme stalsystemen een oplossing bieden. Andere bijkomende maatregelen om de N-verliezen uit de landbouw verder te beperken, zijn een verhoogde mestverwerking en een afbouw van de veestapel. 4.2 Impact van bosomvormingsbeheer als aanvullende maatregel Ter bescherming van kwetsbare zones zoals natuur- en bosgebieden is een reductie van de ammoniakemissies noodzakelijk binnen een beperkte straal rond het ecosysteem (zie ook 4.12 Vermesting). Omdat brongerichte maatregelen, die de zuuremissies beperken, niet binnen de mogelijkheden van het natuur- en bosbeheer vallen, dient de terreinbeheerder ook zelf op zoek te gaan naar effectgerichte maatregelen om deze deposities en de daarmee gepaard gaande toevoer van o.a. sulfaat en aluminium naar grond- en oppervlaktewater te beperken. De bosbeheerder kan met curatieve maatregelen de gevolgen van verzurende deposities milderen. Recent onderzoek in Vlaanderen toont aan dat er aanzienlijke verschillen bestaan tussen naaldbos en loofbos inzake captatie van verzurende polluenten uit de lucht en uitspoeling daarvan naar grond- en oppervlaktewater (De Schrijver, 2000). Het grotere bladoppervlak en het immergroen zijn van naaldbomen maken dat de zuurdeposities en de daarmee gepaard gaande mobilisatie van o.a. aluminium onder naaldbos significant hoger liggen dan onder loofbos. Ongeveer 45 % van onze bossen op zandbodems bestaat uit quasi homogene (< 20 % bijmenging van ander naald- of loofhout) dennenbestanden. Een grootschalig omvormingsbeheer (van naaldbos naar gemengd bos of loofbos) kan verdere bodemverzuring en -verarming van deze ecosystemen tegengaan.

10 392 Verzuring 4.13 Figuur 7: Spreiding van de verzurende depositie (in Zeq/ha.jaar) over Vlaanderen zoals berekend voor 1990 N km Zeq / ha.jaar > MLTD KTD Figuur 8: Spreiding van de verzurende depositie (in Zeq/ha.jaar) over Vlaanderen zoals berekend voor 1998 N km Zeq / ha.jaar > MLTD KTD

11 4.13 Verzuring 393 Figuur 9: Spreiding van de verzurende depositie (in Zeq/ha.jaar) over Vlaanderen zoals berekend voor het bau-scenario in 2010 N km Zeq / ha.jaar > MLTD KTD Figuur 10: Spreiding van de verzurende depositie (in Zeq/ha.jaar) over Vlaanderen zoals berekend voor het bau+-scenario in 2010 N km Zeq / ha.jaar > MLTD KTD

12 394 Verzuring 4.13 Referenties Amann M., Bertok I., Cofala J., Gyarfas F., Heyes C., Klimont Z., Makowski M., Schöpp W. and Syri S. (1999) Cost-effective Control of Acidification and Ground-Level Ozone, Seventh Interim Report to the European Commission, dg-xi, iiasa. Craenen H., Van Ranst E., Groenemans R., Tack F. en Verloo M. (1996) Berekening en kartering van de kritische lasten voor Vlaanderen, Universiteit Gent, Gent. De Schrijver A., Van Hoydonck G., Nachtergale L., De Keersmaeker L., Mussche S. & Lust N. (2000) Comparison of nitrate leaching under Corsican pine and Silver birch in Flanders (Belgium). Water, Air and Soil Pollution (in press). De Vries W., Leeters E.E.J.M., Hendriks C.M.A., Van Dobben H., Van den Burg J., Boumans L.J.M. (1995) Large scale impacts of acid deposition on forests and forest soils in the Netherlands, Acid Rain Research: Do we have enough answers? Heij G.J. & Erisman J.W. (eds.). Jaarsveld, J.A. van (1989) Een Operationeel atmosferisch transportmodel voor Prioritaire Stoffen: specificatie en aanwijzingen voor gebruik, rivm, Bilthoven. lrtap: mina-plan 2 (1997) Het Vlaamse milieubeleidsplan , aminal, Brussel. Mylona S., Storen E. and Grini A. (1999) emep Emission data, Status report 1999, Norwegian Meteorological Institute, Oslo. Nilsson J. and Grennfelt P. (1988) Critical loads for sulphur and nitrogen. Report of the Skokloster workshop. Nordic Council of Ministers, Copenhagen. Van Breemen N. and Jordens E.R. (1983) Effects of atmospheric ammonium sulfate on calcareous and non-calcareous soils of woodlands in the Netherlands. Effects of accumulation of Air Pollutants in Forest Ecosystems, B. Ulrich and J. Pankrath (eds.), p p.182. D. Reidel Publishing Company, Dordrecht/Boston/London. Lectoren Richard Dams, Laboratorium Analytische Scheikunde, ug Luc De Leeuw, vlm Luk Deurinck, Belgische Petroleum Federatie Luc Goeteyn, MiNa-raad Jan Kretzschmar, Vito Ludwig Lauwers, Centrum voor Landbouweconomie, Ministerie van Middenstand en Landbouw Sofie Luyten, Afdeling Algemeen Milieu- en Natuurbeleid, aminal Marijke Mahieu, Dienst Leefmilieu en Natuurontwikkeling, Stad Gent Koen Martens, Afdeling Natuur, aminal Leen Meheus, Provinciaal Centrum voor Milieuonderzoek Oost-Vlaanderen Johan Neirynck, Instituut voor Bosbouw en Wildbeheer Edward Roekens, Afdeling Meetnetten en Onderzoek, vmm Kurt Sannen, Afdeling Beleid, Natuurreservaten vzw Filip Tack, Vakgroep Toegepaste Analytische en Fysische Chemie, ug Philip Van Avermaet, Depositiemeetnet verzuring, vmm Marie-Rose Van Den Hende, Afdeling Meetnetten en Onderzoek, vmm Chris Vinckier, Departement Scheikunde, KULeuven