Nitraatuitspoeling en stikstofoverschot op de bodembalans: verschillen tussen regio s en tussen gewassen.

Transcriptie

1 Evaluatie Meststoffenwet Vraag 12 Ex Post A. van Leeuwenhoeklaan MA Bilthoven Postbus BA Bilthoven KvK Utrecht T F info@rivm.nl Nitraatuitspoeling en stikstofoverschot op de bodembalans: verschillen tussen regio s en tussen gewassen. Inleiding Deze memo is de beantwoording van vraag 12 uit het Ex Post gedeelte van de Evaluatie Meststoffenwet. De vraag luidt: In welke mate hangt waterkwaliteit van grondwater en oppervlaktewater samen met nutriëntenoverschotten en grondsoorten? Behandeld door Arno Hooijboer T arn.hooijboer@rivm.nl Onderwerpen In de offerte worden de volgende onderwerpen genoemd die in deze memo aan bod komen: Tonen van gemiddeld stikstofoverschot op de bodembalans en gemiddelde nitraatuitspoeling in de vier regio's op basis van bestaande informatie. Kwalitatief vergelijken van trends in nitraat en bodemoverschot (daling in de jaren 9, maar recente jaren stabiel). Bepalen van stikstofoverschot op de bodembalans, uitspoeling en nitraatreductie per gewas (grasland, akkerbouw/mais, en eventueel vollegrondsgroenten). De relatie tussen de hoogte van het bodemoverschot en nitraatuitspoeling (op basis van Fraters et al., 212). Nitraatconcentratie hangt af van denitrificatiecapaciteit en stikstofoverschot op de bodembalans De gemiddelde nitraatconcentratie onder landbouwgrond verschilt per regio. De nitraatconcentratie loopt af in de volgorde Lössregio, Zandregio, Kleiregio en Veenregio (Figuur 1, uit Fraters et al., 216). De nitraatconcentratie hangt af van het stikstofoverschot op de bodembalans en de mate waarin nitraat wordt afgebroken (denitrificatie). Het stikstofoverschot op de bodembalans verschilt tussen regio s omdat de aanvoer en de afvoer van stikstof verschilt. Verschillen in denitrificatie zijn het gevolg van verschillen in grondsoort (textuur, ontwatering, organische stof) en verschillen tussen gewas(groepen). Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 1 van 13

2 Figuur 1: Nitraatconcentraties (als NO3 in mg/l) in het water dat uitspoelt uit de wortelzone van landbouwgronden per regio in de periode Jaargemiddelde van gemeten concentraties Het stikstofoverschot op de bodembalans wordt ook wel de potentiële nitraatuitspoeling genoemd. Dit is het gedeelte van de stikstofaanvoer die niet door het geproduceerde gewas opgenomen is. Het stikstofoverschot op de bodembalans kan afbreken tot gasvormige stikstofverbindingen (denitrificatie) of het kan uitspoelen naar grond- of oppervlaktewater. In het stikstofoverschot op de bodembalans wordt geen rekening gehouden met jaarlijks veranderende bodemvoorraden. Er wordt vanuit gegaan dat gemiddeld over vele jaren er geen opbouw of afbraak is van organische stof, dat de netto stikstofmineralisatie nul is. Uitgezonderd zijn de veenen moerige gronden. Voor grasland op veengronden is een netto stikstofmineralisatie aangenomen van 16 kg/ha, voor akkerbouw op veengronden en voor grasland en bouwland op moerige gronden is een netto mineralisatie aangenomen van 2 kg/ha. De hoeveelheid stikstof die in een specifiek jaar kan uitspoelen kan ook beïnvloed worden door accumulatie in de bodem of door afbraak van organische stikstof. Het stikstofoverschot op de bodembalans kan niet nauwkeurig genoeg bepaald worden voor bedrijfstypes met een hoge aan- en afvoer van mineralen. Om deze reden worden het stikstofoverschot op de bodembalans niet gegeven voor hokdier- en overige bedrijven. Het daardoor niet mogelijk om op basis van gegevens het van het Landelijk Meetnet effecten Mestbeleid (LMM) een gemiddeld stikstofoverschot op de bodembalans voor een gehele regio te presenteren. Stikstofoverschotten op de bodembalans kunnen wel voor de bedrijfstypen melkvee en akkerbouw per regio bepaald worden (zie bijvoorbeeld Fraters et al., 216). Om het stikstofoverschot op de bodembalans en de nitraatconcentratie per regio te vergelijken worden de derogatiebedrijven Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 2 van 13

3 (Lukacs et al., 216) als voorbeeld gebruikt in deze memo. De nitraatconcentratie op derogatiebedrijven (Figuur 2) ligt lager dan het gemiddelde van de regio (Figuur 1). Derogatiebedrijven hebben een hoger percentage grasland dan de andere landbouwbedrijven in een regio (vooral akkerbouw en hokdierbedrijven). Bij (permanent) grasland is de nitraatuitspoeling veel lager dan bij bouwland (zie ook verderop in deze memo). Figuur 2: Gemiddelde nitraatconcentratie in water uitspoelend uit de wortelzone van landbouwgronden van derogatiebedrijven in de vier regio s in de periode De Veenregio heeft de laagste nitraatconcentratie maar het hoogste stikstofoverschot op de bodembalans (Figuur 3). Het omgekeerde geldt voor de Lössregio, namelijk de hoogste nitraatconcentratie en het laagste stikstofoverschot. Het verschil in stikstofoverschot op de bodembalans tussen de regio s wordt bepaald door de verschillende N-gebruiksnormen, de aard van de gebruikte meststoffen, de afvoer van N in gewassen en door de mineralisatie van organische bodems (bijvoorbeeld veen). Een gedetailleerde beschrijving van de bepaling van het stikstofoverschot op de bodembalans is gegeven in Lukacs et al. (216). Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 3 van 13

4 Figuur 3: Gemiddelde overschotten per regio voor stikstof (kg N/ha) op derogatiebedrijven in de periode Voor de Zandregio is met terugwerkende kracht onderscheid gemaakt tussen bedrijven in de regio met een derogatie van 23 kg/ha en in de regio met een derogatie van 25 kg/ha. Het gedeelte van het stikstofoverschot dat uitspoelt wordt ook wel de uitspoelingsfractie genoemd. Veengrond heeft een veel kleinere uitspoelingsfractie dan kleigrond en zeer uitspoelingsgevoelige zandgrond (Gt VIII) (Figuur 4). Uitspoelingsfractie 1.9 Bouwland.8 Grasland Zand (Gt VIII) Klei Veen Figuur 4: Uitspoelfracties per bodemgebruik en grondsoort. Gemiddelde op basis van gegevens voor de periode (Fraters et al., 212) Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 4 van 13

5 Verschillen tussen bedrijfstypen worden veroorzaakt door gewaseffecten en bodem Naast het effect van grondsoort op de nitraatuitspoeling is er ook een effect van het geteelde gewas. Tussen bouwland en grasland zit een groot verschil in uitspoelingsgevoeligheid (Figuur 4). Met bouwland worden akkerbouwgewassen, mais en tuinbouwgewassen bedoeld. Melkveebedrijven hebben een veel lagere nitraatconcentratie dan akkerbouw en hokdierbedrijven (Figuur 5). Dit kan voor een groot deel verklaard worden door het percentage grasland. Melkveebedrijven hebben veel meer grasland, hokdierbedrijven en uiteraard akkerbouwbedrijven hebben een groter deel van hun landoppervlak in gebruik als bouwland. Figuur 5: Boxplot van de nitraatconcentratie in water dat uitspoelt uit de wortelzone van landbouwbedrijven gemiddeld per bedrijf in de Zandregio over de periode Een ander verschil tussen akkerbouwbedrijven en melkveebedrijven is dat de melkveebedrijven gemiddeld op nattere gronden liggen en de akkerbouwbedrijven op iets beter gedraineerde gronden. Akkerbouwbedrijven liggen daarom gemiddeld op bodems die gevoeliger zijn voor nitraatuitspoeling (Figuur 6). Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 5 van 13

6 fractie.6.5 akkerbouw melkvee nat neutraal droog Figuur 6: Gemiddelde fractie natte (Gt I tm IV), neutrale (Gt V en VI) en droge gronden (Gt VII en hoger) op akkerbouw en melkveebedrijven in de Zandregio Het verschil in uitspoelingsgevoeligheid tussen grasland en bouwland wordt waarschijnlijk vooral veroorzaakt door een hogere denitrificatie (afbraak van nitraat). In de gevallen dat er sprake is van jong grasland speelt de opslag van stikstof in bodemorganische stof ook een rol. Onder jong grasland vindt opbouw van organische stof plaats (vastleggen van stikstof), terwijl bij jong bouwland na scheuren van grasland sprake is van afbraak van organische stof (vrijkomen van stikstof). Op melkveebedrijven met een min of meer constante verhouding grasland en bouwland (maïsland), zijn opbouw en afbraak in balans en is alleen denitrificatie een plausibele verklaring voor de lagere uitspoelingsfractie. Het verschil tussen grasland en bouwland is niet te verklaren uit een hogere bemesting (of hogere N-bodemoverschotten). De stikstofoverschotten op de bodembalans van melkveebedrijven zijn namelijk hoger dan van akkerbouwbedrijven (Figuur 7). Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 6 van 13

7 4 35 Stikstof (kg/ha) N-bodemoverschot akkerbouw 3 25 N-bodemoverschot melkvee Figuur 7: Stikstofoverschotten op de bodembalans van melkvee- en akkerbouwbedrijven in het LMM ( Hoewel een hoog stikstofoverschot op de bodembalans niet hoeft te leiden tot een hoge nitraatuitspoeling, leidt een daling van het stikstofoverschot wel tot een daling van de nitraatconcentratie als de overige omstandigheden gelijk blijven. De gemiddelde nitraatconcentratie in het bovenste grondwater van melkveehouderijbedrijven is in de periode 1992 tot 23 gedaald van bijna 2 mg/l tot circa 5 mg/l (Figuur 8). Deze daling komt overeen met de daling in stikstofoverschotten op de bodembalans van melkveebedrijven (Figuur 7). Figuur 8: nitraatconcentratie in water dat uitspoelt uit de wortelzone van akkerbouwbedrijven en melkveebedrijven in de Zandregio Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 7 van 13

8 De daling van stikstofoverschotten op de bodembalans van akkerbouwbedrijven is veel kleiner (Figuur 8), met als gevolg dat de nitraatconcentratie in het bovenste grondwater van akkerbouwbedrijven ook een minder sterke daling vertoont dan van de melkveehouderijbedrijven in dezelfde periode (Figuur 8). De nitraatconcentratie op akkerbouwbedrijven stijgt tussen 22 en 215. Dit is het gevolg van een verandering in de groep akkerbouwbedrijven, waarbij het aantal akkerbouwbedrijven in Zand zuid is toegenomen. Dit heeft tot gevolg gehad dat de akkerbouwbedrijven gemiddeld gezien op drogere bodems zijn gelegen en de uitspoelingsgevoeligheid is toegenomen. Indien hiervoor gecorrigeerd wordt, daalt de gemiddelde nitraatconcentratie op akkerbouwbedrijven in de Zandregio (Fraters et al., in voorbereiding). De stikstofoverschotten op de bodembalans van melkveehouderijbedrijven zijn hoger dan van akkerbouwbedrijven omdat mestgebruiksnormen hoger zijn voor grasland. Melkveebedrijven hebben vaak meer dan 8% grasland en akkerbouwbedrijven nagenoeg geen. Op melkveebedrijven is zowel het dierlijke mestgebruik als het kunstmestgebruik hoger dan op akkerbouwbedrijven (Figuur 9). Dat de nitraatconcentratie op melkveebedrijven toch lager is dan op akkerbouwbedrijven, ondanks het hogere mestgebruik en het hogere overschot, wordt verklaard uit een hoge afbraak van nitraat. De fractie van het stikstofoverschot op de bodembalans dat uitspoelt naar het grondwater is op akkerbouwbedrijven veel hoger dan op melkveebedrijven; onder bouwland op uitspoelingsgevoelige zandgrond spoelt ongeveer 9% van het stikstofoverschot uit, terwijl onder grasland 44% uitspoelt (Figuur 4). Kg N/ha Overige organische mest Dierlijke mest Kunstmest Melkvee Akkerbouw Figuur 9: mestgebruik op melkveebedrijven en akkerbouwbedrijven in het LMM, situatie in 213 ( Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 8 van 13

9 Verschil tussen bouwland en grasland geldt ook op bedrijfsniveau Voor bedrijven uit het derogatiemeetnet is het mestgebruik en stikstofopbrengst ook per gewas gerapporteerd. Derogatiebedrijven hebben per definitie veel grasland, maar vaak wordt er ook snijmais op het bedrijf geproduceerd. Het gebruik van stikstofmest op de maispercelen van derogatiebedrijven is veel lager dan op de graslandpercelen van deze bedrijven (Figuur 1, Lukacs, 216). Het verschil tussen de aanvoer en de afvoer van stikstof is op de maispercelen 22 kg N/ha, het verschil tussen aanvoer en afvoer is op grasland 12 kg N/ha (Figuur 1). Dit verschil is bepaald aan de hand van de bedrijfsbalans en is daarmee niet gelijk aan het stikstofoverschot op de bodembalans. In het stikstofoverschot op de bodembalans worden ook de posten N-binding, depositie als aanvoerposten meegenomen en de ammoniakvervluchtiging als afvoerpost beschouwd. Deze posten zijn op de derogatiebedrijven niet op gewasniveau bepaald maar alleen op bedrijfsniveau. De in Figuur 1 getoonde waarden hiervoor gelden als indicatief omdat het is niet realistisch te veronderstellen dat deze posten voor beide gewassen gelijk zijn. Stikstofbinding vindt bijvoorbeeld alleen in de bodem van grasland plaats. Kg N/ha grasland bouwland Depositie, mineralisatie en N-binding N-kunstmest N-dierlijke mest Gasvormige verliezen Gewasopbrengst Figuur 1: Mestgebruik, gewasopbrengst en overige stikstofposten (in kg N/ha) op derogatiebedrijven die 23 kg/ha graasdiermest mogen gebruiken. De nitraatconcentratie in het bovenste grondwater van de Zandregio is onder maïsland gemiddeld twee keer zo hoog als onder grasland (circa 7 mg/l ten opzichte van 35 mg/l) (Hooijboer, 215). Uit de hoge nitraatconcentratie en het lage stikstofoverschot op de bodembalans volgt dat dat de uitspoelingsfractie op maisland (net als op akkerbouwbedrijven) hoog is. Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 9 van 13

10 Vollegrondsgroenten hebben geen hogere bemesting maar zijn wel minder efficiënt met meststoffen. In het project Scouting Vollegrondsgroenten op zand is een vergelijking gemaakt tussen akkerbouw bedrijven in de Zandregio, akkerbouwbedrijven in Zand zuid en vollegrondsgroentenbedrijven in Zand zuid (Hooijboer et al., 213). Uit deze studie bleek dat de mediaan van de nitraatconcentratie onder vollegrondsgroenten in Zand zuid bijna twee keer zo hoog was (Figuur 11) als de nitraatconcentratie onder akkerbouwbedrijven in hetzelfde gebied. 4 Nitraatconcentratie (mg/l) Akkerbouw Zandregio Akkerbouw Zand Zuid SVz-bedrijven Figuur 11. Gemiddelde nitraatconcentratie op akkerbouwbedrijven in de Zandregio, akkerbouwbedrijven in Zand Zuid en SVz-bedrijven met minimum, 25-percentiel, mediaan, 75-percentiel, maximum en uitschieters Het verschil in nitraatconcentratie was niet te verklaren uit eventuele verschillen in bemesting. De mediaan van de N-aanvoer door mest was voor de drie groepen bedrijven ongeveer gelijk (Figuur 12). Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 1 van 13

11 5 N-aanvoer totaal (kg N/ha) Akkerbouw Zandregio Akkerbouw Zand Zuid SVz-bedrijven Figuur 12. Aanvoer van stikstof met mest naar akkerbouwbedrijven in de gehele Zandregio, akkerbouwbedrijven in Zand zuiden de 1 SVzbedrijven waarop de stikstofaanvoer is bepaald met minimum-, 25- percentiel-, mediaan-, 75-percentiel-, maximumwaarden. Uitschieters zijn niet weergegeven De mediaan van het stikstofoverschot op de bodembalans op de SVzbedrijven (166 kg N/ha) is circa twee keer zo hoog als op de akkerbouwbedrijven in Zand Zuid (81 kg N/ha) (Figuur 13). De hoge nitraatuitspoeling wordt veroorzaakt door de lage N-onttrekking door de vollegrondsgroenten. Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 11 van 13

12 Stikstofoverschot op de bodembalans (kg N/ha Bodemoverschot (kg N/ha) Akkerbouw Zandregio Akkerbouw Zand Zuid SVz-bedrijven Figuur 13. Stikstofoverschot op de bodembalans van akkerbouwbedrijven in de gehele Zandregio, akkerbouwbedrijven in Zand zuid en de 1 SVZbedrijven waarop het stikstofoverschot op de bodembalans is bepaald, met minimum-, 25-percentiel-, mediaan-, 75-percentiel- en maximumwaarden. Uitschieters zijn niet weergegeven Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 12 van 13

13 Referenties Agrimatie ( D=2282&indicatorID=223, bezocht op 4 augustus 216). B. Fraters, B., T.C. van Leeuwen, A. Hooijboer, M.W. Hoogeveen, L.J.M. Boumans, J.W. Reijs, 212. De uitspoeling van het stikstofoverschot naar gronden oppervlaktewater op landbouwbedrijven. Herberekening van uitspoelfracties, RIVM Rapport B. Fraters, L.J.M Boumans, in voorbereiding. Modellering van de nitraatuitspoelingstrend voor landbouwbedrijven in de Zandregio, RIVMrapport. Fraters, B, A.E.J. Hooijboer, A. Vrijhoef, J. Claessens, M.C. Kotte, G.B.J. Rijs, A.I.M. Denneman, C. van Bruggen, C.H.G. Daatselaar,H.A.L. Begeman, J.N. Bosma, 216. Landbouwpraktijk en waterkwaliteit in Nederland; toestand ( ) en trend ( ), Resultaten van de monitoring voor de Nitraatrichtlijn. RIVM Rapport Hooijboer, AEJ, 215. Nitrate leaching from dairy farms in the Sand region in the Netherlands. presentatie LuWQ215, #63. Hooijboer, A.E.J., R.W. van der Meer, B. Fraters, T.C. van Leeuwen, 213. Scouting Vollegrondsgroenten op zand (27-21), een verkennend onderzoek, RIVM Rapport Lukács, S., T.J. de Koeijer, H. Prins, A. Vrijhoef, L.J.M. Boumans, C.H.G. Daatselaar, 216. Landbouwpraktijk en waterkwaliteit op landbouwbedrijven aangemeld voor derogatie in 214. RIVM Rapport Versie: Versie 4 Status: Concept Pagina 13 van 13