Milieurapport Vlaanderen MIRA. Themabeschrijving. Verzuring

Transcriptie

1 Milieurapport Vlaanderen MIRA Verzuring

2

3 Milieurapport Vlaanderen MIRA Verzuring

4 Verzuring Coördinerend auteur Line Vancraeynest, MIRA, VMM Co-auteur Jeroen Staelens, Dienst Lucht, VMM Laatst bijgewerkt: september september 2013

5 Verzuring Woord vooraf De doelstellingen van MIRA (Milieurapport Vlaanderen) zijn drieledig: (1) de wetenschappelijke basis verschaffen voor het Vlaamse milieubeleid, (2) het maatschappelijk draagvlak versterken door het verhogen van het milieu-inzicht en (3) de Vlaamse kennisbasis afstemmen op internationale standaarden. Het document wil bijdragen aan deze doelstellingen door het ter beschikking stellen van een kernachtige en toegankelijke beschrijving van de milieuthema s die door MIRA behandeld worden. Deze informatie moet de gebruiker de nodige achtergrondinformatie verschaffen bij de raadpleging van de milieuindicatoren. De beschrijving is gestructureerd volgens de zogenaamde milieuverstoringsketen of DPSI-R keten die de oorzaak en de gevolgen van de milieuverstoringen in beeld brengt. DPSI-R staat voor Driving Forces (maatschappelijke activiteiten), Pressure (druk), State (toestand), Impact (gevolgen) en Respons (beleidsrespons). Het document bevat zoveel mogelijk de laatste stand van zaken van de wetenschappelijke kennis. Bronvermelding bij overname informatie Overname van informatie uit dit document wordt aangemoedigd mits bronvermelding. Hoe citeren? Kort: MIRA Verzuring ( Volledig: MIRA (2013) Milieurapport Vlaanderen, Verzuring. Vancraeynest L., Vlaamse Milieumaatschappij, september

6 Verzuring Inhoudsopgave Lijst figuren... 5 Lijst tabellen Inleiding: wat is verzuring? Mechanismen van verzuring Bronnen van potentieel verzurende stoffen Emissie van NH Emissie van SO Emissie van NO x Reacties van potentieel verzurende stoffen in de omgevingslucht Concentraties aan verzurende stoffen in de omgevingslucht Verzurende depositie Definitie Vormen van depositie Bepaling van verzurende depositie in Vlaanderen Ruimtelijk perspectief Tijdsperspectief Gevolgen van verzuring Impact van verzuring op ecosystemen Bodemverzuring Impact van verzuring op biodiversiteit in bos, heide en grasland Verzuring van het oppervlaktewater Begrip kritische last Impact van verzuring op de gezondheid Impact van verzuring op materialen en gebouwen Verbanden met andere thema s Verzuring en vermesting Verzuring en fotochemische luchtverontreiniging Verzuring en zwevend stof Verzuring versus oceaanverzuring Referenties Begrippen Afkortingen Eenheden Scheikundige symbolen Terug naar Inhoudsopgave september 2013

7 Verzuring Lijst figuren Figuur 1: Schematische voorstelling van de verspreiding van luchtverontreiniging Figuur 2: Aandeel van verzuringsresistente Eunotia exigua in de diatomeeënpopulaties in functie van tijd en gebied ( ) Lijst tabellen Tabel 1: Belangrijkste effecten op ecosystemen van verzurende depositie en stikstofdepositie september

8 Verzuring 1 Inleiding: wat is verzuring? Verzuring wordt omschreven als de gezamenlijke effecten van luchtverontreinigende stoffen die via de atmosfeer worden aangevoerd en waaruit zuren (zwavelzuur en salpeterzuur) kunnen gevormd worden. Wat in de volksmond zure regen heet, wordt wetenschappelijk meestal verzurende neerslag, verzurende depositie of nog algemener verzuring genoemd. De verzurende componenten worden uit de lucht verwijderd onder droge vorm (droge depositie), natte vorm (natte depositie) en via nevel of mist (occulte depositie, speelt vooral in bergachtige gebieden een rol). Niet-verontreinigd, natuurlijk wolken- en regenwater heeft een ph of zuurtegraad van 5,65. Een ph kleiner dan 5,65 betekent dat er verzuring is opgetreden. De natuurlijke evenwichtssituatie wordt verstoord door emissie van potentieel verzurende stoffen, namelijk zwaveldioxide (SO 2 ), stikstofoxiden (stikstofmonoxide NO en stikstofdioxide NO 2, samen aangeduid als NO x ), ammoniak (NH 3 ) en hun reactieproducten. Antropogene activiteiten zoals de landbouw (veeteelt) en het gebruik van fossiele energiebronnen veroorzaken potentieel verzurende emissies. Ook natuurlijke bronnen dragen bij tot verzuring. Bij vulkaanuitbarstingen bijvoorbeeld worden grote hoeveelheden zwaveldioxide uitgestoten. Verzurende stoffen hebben lange verblijftijden in de atmosfeer en kunnen daardoor over lange afstanden getransporteerd worden (tot km). Dit geldt vooral voor SO 2 en NO x. NH 3 verdwijnt sneller uit de atmosfeer, door droge depositie nabij de bronnen of door omzetting naar ammoniumzouten. Door lange-afstandstransporten komen verzurende stoffen via droge depositie en vooral via uitregenen terecht in ver afgelegen landelijke streken en natuurgebieden. Verzuring is dan ook een grensoverschrijdend probleem dat noodzakelijkerwijze een gecoördineerde internationale aanpak vereist. De gevolgen van verzuring reiken verder dan de toegenomen zuurtegraad van de regen. Ecosystemen kunnen aangetast worden. Te hoge verzurende deposities zorgen voor een afname van de bodemkwaliteit (bodemverzuring), wortelaantasting van planten en bomen, verhoogde stressgevoeligheid van bomen, te hoge concentraties van nitraat, aluminium en andere metalen in het grondwater, verandering van de soortensamenstelling (biodiversiteit) en verzuring van het oppervlaktewater (bv. vennen). Inademing van verzurende stoffen en opname van verontreinigd grondwater kunnen leiden tot gezondheidsklachten bij de mens. Tot slot zorgt verzurende depositie ook voor corrosie van materialen en een versnelde verwering van gebouwen. 2 Mechanismen van verzuring De zuurtegraad van de atmosfeer wordt bepaald door het gehalte aan de gassen koolstofdioxide (CO 2 ), ammoniak (NH 3 ), zwaveldioxide (SO 2 ), stikstofoxiden (NO x ), waterstofsulfide (H 2 S), aan carbonaat- en sulfaataerosolen en aan metaalionen. De zuurtegraad wordt in een waterig milieu, zoals de wolken en de neerslag, gemeten aan de hand van de concentratie waterstofionen (H + ). De negatieve logaritme van deze concentratie noemt men de zuurtegraad of ph (ph = -log[h + ]). Deze varieert van 1 (zeer zuur) tot 14 (zeer basisch). Bij de huidige CO 2 -concentratie in de lucht heeft natuurlijk, onverontreinigd wolkenen regenwater een ph van 5,65, doordat CO 2 uit de lucht oplost in het regenwater en het zwak zure koolzuur vormt. Een ph kleiner dan 5,65 betekent dat er verzuring is opgetreden. Hoe lager de ph, hoe groter de verzuring van het neerslagwater. Het meten van de ph van opgevangen regenwater is echter onvoldoende om een beeld te krijgen van de potentieel verzurende depositie. Enerzijds omdat zeker tweederde van de verzurende depositie als droge depositie op de vegetatie en bodem terechtkomt. De ph van de droge depositie kan niet gemeten worden. Anderzijds heeft ammoniak als base in de atmosfeer in eerste instantie een neutraliserende werking. Het maakt de regen zelf niet zuurder maar heeft pas een verzurende werking in de bodem na depositie, door nitrificatie van aanwezige zure zouten (zie 2.2). Bovendien kunnen ook andere componenten (of 6 september 2013

9 Verzuring chemische reacties) in het regenwatermonster leiden tot ph-veranderingen die niet zozeer de verzurende depositie beïnvloeden. Omwille van deze redenen kan de verzurende depositie niet gemeten worden aan de hand van de zuurtegraad (ph), en moeten de verschillende verzurende componenten bepaald worden d.m.v. chemische analyse. 2.1 Bronnen van potentieel verzurende stoffen Antropogene activiteiten veroorzaken emissies van de potentieel verzurende stoffen zwaveldioxide (SO 2 ), stikstofoxiden (NO x, uitgedrukt in NO 2 ) en ammoniak (NH 3 ). De term potentieel wordt gebruikt omdat de actuele verzuring ook sterk afhangt van de processen die zich in de bodem en het (grond- en oppervlakte)water afspelen. De potentieel verzurende stoffen beschikken elk over een verschillend zuurvormend vermogen, ook wel potentieel zuurequivalent (= pot. Zeq) genoemd. Eén mol H + -ionen is gelijk aan één zuurequivalent. 1 mol SO 2 komt overeen met 2 potentiële zuurequivalenten: 1 mol of 64 gram SO 2 kan (on)rechtstreeks aanleiding geven tot de vorming van 1 mol H 2 SO 4, waarin 2 mol H + - ionen beschikbaar zijn; 1 mol NO 2 komt overeen met 1 potentieel zuurequivalent: 1 mol of 46 gram NO 2 kan aanleiding geven tot de vorming van 1 mol HNO 3 ; 1 mol NH 3 komt overeen met 1 potentieel zuurequivalent: 1 mol of 17 gram NH 3 kan na nitrificatie (zie omzetting in HNO 3 door tussenkomst van bacteriën) maximaal een verzurend effect hebben van 1 equivalent. Vermits verzurende stoffen (voornamelijk SO 2 en NO x ) over lange afstanden getransporteerd worden, speelt naast de emissie in Vlaanderen ook de import van buiten Vlaanderen een grote rol. Anderzijds wordt een belangrijk deel van de verzurende stoffen die in Vlaanderen worden uitgestoten naar het buitenland geëxporteerd Emissie van NH 3 NH 3 wordt voor het overgrote deel door de landbouw uitgestoten (93 % in 2011). NH 3 -emissie naar de lucht gebeurt voornamelijk uit veestallen en mestopslagplaatsen, bij mestuitspreiding, weiden en grazen en bij het gebruik van kunstmeststoffen. De mate van ammoniakvervluchtiging vanuit dierlijke mest wordt beïnvloed door allerlei factoren, zoals de mestsamenstelling, de toedieningswijze op het land en de weersomstandigheden tijdens het uitrijden (VMM, 2012a). De ammoniakemissie kende in het eerste decennium van 2000 een dalend verloop door de afbouw van de veestapel, de lagere stikstofinhoud van het veevoeder, de emissiearme aanwending van dierlijke mest op akkers en weiden, de bouw van emissiearme stallen en de toenemende mestverwerking. Andere, veel beperktere NH 3 - emissiebronnen zijn onder meer septische putten (dit aandeel daalt naarmate de aansluitingsgraad op riolering stijgt), de industriesector (voornamelijk de chemiesector) en de transportsector (voertuigen met katalysatoren: driewegskatalysatoren bij benzinemoteren en selectieve katalytische reductie bij dieselmotoren) Emissie van SO 2 De belangrijkste bron van SO 2 -emissies is het gebruik van zwavelhoudende fossiele brandstoffen. De sectoren industrie en energie leveren de grootste bijdragen. Maar ook de sector transport draagt aanzienlijk bij, zowel door het wegverkeer als door de (internationale) zeescheepvaart. De beperking van het zwavelgehalte in brandstoffen en het gebruik van katalysatoren had een positief effect op de SO 2 -emissie. De emissies van elektriciteitscentrales en raffinaderijen zijn gedaald door het in gebruik nemen van rookgasontzwavelingsinstallaties en door de overschakeling van steenkool naar aardgas bij de elektriciteitsproductie. september

10 Verzuring Emissie van NO x NO x is de verzamelnaam voor NO 2 en NO en wordt gevormd door oxidatie van stikstof uit de lucht. Dit gebeurt bij verbranding op hoge temperatuur, zoals bij verbrandingsmotoren, verwarmingsinstallaties en thermische industriële processen (zoals thermische elektriciteitscentrales op kolen, olie of gas, cementovens en hoogovens voor staalproductie). NO x wordt in Vlaanderen voor zowat de helft door het wegverkeer uitgestoten. Daarenboven stoten dieselwagens meer NO x uit dan benzinewagens. Het grote aandeel dieselwagens in het personenwagenpark heeft bijgevolg een negatieve invloed op de NO x -emissie. De sectoren energie en industrie leveren het tweede grootste, en vergelijkbaar, aandeel tot de NO x -emissie. 2.2 Reacties van potentieel verzurende stoffen in de omgevingslucht Zwavelzuur wordt gevormd doordat zwaveldioxide door reactie met zuurstof in de lucht geoxideerd wordt tot zwaveltrioxide (SO3): 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 (1) Dit zwaveltrioxide ondergaat vervolgens hydrolyse door de waterdamp: SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 (2) Salpeterzuur ontstaat op een vergelijkbare manier. Stikstofoxide wordt geoxideerd tot stikstofdioxide, dat vervolgens gehydrolyseerd wordt tot salpeterigzuur en salpeterzuur: 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 (3) Stikstofdioxide kan ook dimeriseren tot distikstoftetraoxide, dat op analoge wijze gehydrolyseerd wordt: N 2 O 4 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 (4) Wanneer het regenwater met zwavelzuur of salpeterzuur op kalkarme grond valt, wijzigt de zuurtegraad (ph) van de bodem, wat tot ernstige ecologische schade kan leiden. NH 3 zorgt als basisch gas in eerste instantie voor een beperkte neutralisatie van het verzurend effect in de atmosfeer. Bij de neutralisatiereactie wordt het omgezet in het zure ammonium (NH + 4 ). Eerst worden ammoniumzouten gevormd in reactie met zwavelzuur, namelijk ammoniumsulfaat ((NH 4 ) 2 SO4) en ammoniumbisulfaat (NH 4 HSO 4 ). Bij een + overmaat aan NH 4 kunnen vervolgens ook ammoniumnitraat (NH 4 NO 3 ) en ammoniumchloride (NH 4 Cl) ontstaan. Wanneer ammonium de bodem bereikt, wordt het daar grotendeels door nitrificerende bacteriën omgezet in salpeterzuur en dit leidt zo onrechtstreeks ook tot een (bodemafhankelijke) verzuring. Dit proces wordt nitrificatie genoemd. Het ammonium dat door de plant wordt opgenomen (langs blad of wortel) veroorzaakt geen verzuring wanneer het gaat om ammonium die binnen het ecosysteem circuleert (via afwisselende opbouw en mineralisatie van organisch materiaal). Plantopname van extern aangevoerde ammonium afkomstig van atmosferische depositie zorgt wel voor bodemverzuring. NH O 2 NO H 2 O + 2 H + Hierbij komen 2 waterstofionen vrij die leiden tot een daling van de ph van de bodem. 8 september 2013

11 Verzuring 2.3 Concentraties aan verzurende stoffen in de omgevingslucht Zoals in 2.2 vermeld, ondergaan de uitgestoten potentieel verzurende stoffen verschillende reacties in de omgevingslucht waarbij een breed scala aan stoffen gevormd wordt. Toch zijn ook concentratiemetingen in de lucht van de initieel uitgestoten potentieel verzurende gassen SO 2, NO x (NO 2 ) en NH 3 van belang. Enerzijds omdat voor deze polluenten kritieke niveaus in de lucht vastgelegd zijn voor de bescherming van ecosystemen. De Europese regelgeving geeft concentratieniveaus voor SO 2 en NO x, de Wereldgezondheidsorganisatie (WGO) voor NH 3. Onder kritiek niveau wordt een wetenschappelijk vastgesteld concentratieniveau verstaan waarboven directe ongunstige gevolgen kunnen optreden voor ecosystemen (bijvoorbeeld bomen of andere vegetatie). Naast deze kritieke niveaus voor bescherming van vegetatie zijn voor SO 2 en NO 2 ook Europese grenswaarden opgesteld voor de bescherming van de menselijke gezondheid. Anderzijds dienen de concentraties aan potentieel verzurende stoffen in de lucht ook gekend te zijn voor de berekening van de droge depositie (zie 2.4.2). In Vlaanderen worden SO 2 -, NO x /NO 2 - en NH 3 -concentraties in omgevingslucht gemeten in diverse meetnetten van de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) (zie 2.4.3). Naargelang de locatie van de meetstations worden de resultaten van de metingen gebruikt voor bovenvermelde toetsingen aan kritieke niveaus of grenswaarden en/of voor depositiedoorrekeningen. De meetstations worden naargelang hun ligging onderverdeeld in landelijke, (voor)stedelijke of industriële gebieden. Hierbij dient de kanttekening gemaakt dat in Vlaanderen geen gebieden voorkomen die volledig voldoen aan de voorwaarden voor inplanting van meetplaatsen volgens de Europese regelgeving voor bescherming van vegetatie. Dit geldt zelfs voor de landelijk gelegen meetstations, die als achtergrondstations kunnen beschouwd worden. 2.4 Verzurende depositie Definitie Potentieel verzurende depositie wordt vaak gedefinieerd als de totale aanvoer van stikstof (N) en zwavel (S) vanuit de atmosfeer. Potentieel verzurende depositie = SO x + NO y + NH x (5) met SO x geoxideerde zwavel (SO 2 en SO 2-4 ) NO y geoxideerde stikstof (NO x (= NO + NO 2 ), NO - 3, HNO 3 ) NH x gereduceerde stikstof (NH 3 en NH + 4 ) Zoals hoger vermeld, slaat de term potentieel hierbij op het feit dat gereduceerde stikstof (NH x ) pas verzurend is in bodem of water na microbiële omzetting tot nitraat. Een alternatieve definitie van potentieel verzurende depositie houdt rekening met de aanvoer van andere stoffen. De bovenstaande definitie (5) wordt dan uitgebreid met de aanvoer van chloride en gecorrigeerd voor het neutraliserend effect van de zogenaamde basische kationen: Potentieel verzurende depositie = SO x + NO y + NH x + Cl - - BC (6) met Cl - chloride BC zogenaamde basische kationen (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ) In deze themabeschrijving gebruiken we verder definitie (6). Op die manier beschouwen we vooral emissies door menselijke activiteiten. september

12 Verzuring Vormen van depositie Atmosferische depositie gebeurt door verschillende processen. De totale depositie van een element bestaat uit natte, droge en zogenaamde occulte depositie: Totale depositie = natte depositie + droge depositie + occulte depositie (7) Natte depositie Natte depositie is de aanvoer van stoffen uit de atmosfeer via neerslag, zoals regen, hagel en sneeuw. Natte depositie is het resultaat van twee processen: uitregenen en uitwassen. Bij uitregenen treden de aerosoldeeltjes zelf op als condensatiekernen. Ze trekken water aan en helpen zo wolken vormen. Bij uitwassen nemen de neerslagdruppels de deeltjes op lagere hoogte op, wanneer ze naar beneden vallen. Natte verzurende depositie bestaat uit de aanvoer van ammonium (NH 4 + ), nitraat (NO 3 - ) en sulfaat (SO 4 2- ), opgelost in neerslagdruppels. In neerslag kan ook nitriet (NO 2 - ) aanwezig zijn, maar de concentraties zijn zo laag dat dit ion een verwaarloosbare bijdrage levert aan natte verzurende depositie Droge depositie Droge depositie is het afzetten van gassen of deeltjes op een oppervlak (bodem, water, vegetatie, gebouwen ) tijdens droge periodes. Dit kan gebeuren door diverse processen, zoals bezinking, interceptie, impactie, diffusie en turbulentie. Gassen en deeltjes kunnen na depositie worden opgenomen door de huidmondjes (stomata) van plantenbladeren. Zwavel en stikstof komen in de lucht voor als gas en deeltje. Voor zwavel onderscheiden we SO 2 -gas en partikelvormige SO Voor stikstof gaat het om meerdere componenten: NO 3 en NH + 4 in deeltjesvorm en gassen zoals NO 2, NO, NH 3, HNO 3, HNO 2, N 2 O 5 en peroxyacetyl nitraat. De droge depositie van een gas of deeltje is afhankelijk van: de luchtconcentratie van het gas of aerosol; de weersomstandigheden; de aard van het oppervlak waarop de afzetting gebeurt. Droge depositie varieert hierdoor zowel in de ruimte als in de tijd. Droge depositie wordt algemeen uitgedrukt als een functie van de luchtconcentratie en de droge depositiesnelheid: Droge depositie = concentratie x droge depositiesnelheid (8) De droge depositiesnelheid van een stof is hoger voor oppervlaktes die meer luchtturbulentie veroorzaken, zoals uitgedrukt wordt door het begrip ruwheidslengte. De ruwheidslengte is groter voor een hoge en onregelmatige vegetatie dan voor een laag en uniform oppervlak. Hierdoor is de droge depositiesnelheid op bv. bomen hoger dan op een nabijgelegen straat, vijver of grasveld. Droge depositie varieert dus naargelang het landgebruik, en voor vegetatie spelen ook de kenmerken van de huidmondjes van de plantensoort. De droge depositiesnelheid van een stof varieert ook in de tijd. Belangrijke parameters hierbij zijn de meteorologische omstandigheden (windsnelheid, luchtvochtigheid en instraling) en stomatale kenmerken. Droge depositie is moeilijk nauwkeurig te meten. Courante techieken zijn de aerodynamische gradiëntmethode, eddy covariantie fluxmetingen en dynamische kamertechnieken. Een alternatieve, maar benaderende methode is het vergelijken van neerslag- en doorvalwater. Wat het meest gebruikt wordt op regionale schaal zijn inferentiële modellen. Hierbij worden 10 september 2013

13 Verzuring gemeten luchtconcentraties gecombineerd met droge depositiesnelheden die berekend zijn op basis van meteorologische gegevens. In onze regio draagt droge depositie het meest bij aan de totale verzurende depositie. De deposities van ammonium en sulfaat zijn sterk gecorreleerd: de twee verbindingen stimuleren elkaars depositie in de vorm van het bijna neutrale zout ammoniumsulfaat (d.i. codepositie). De oplosbaarheid van SO 2 in water neemt immers sterk af bij dalende ph. In het verzuurde atmosferische vocht kan nog maar weinig SO 2 oplossen, maar het alkalische NH 3 lost er juist zeer goed in op. Dit verhoogt de ph en daarmee ook de oplosbaarheid van SO 2. De uitstoot van ammoniak stimuleert dus niet alleen de depositie van ammonium, maar ook van sulfaat. Mee hierdoor is sulfaat het dominante anion in de neerslag. De depositie van ammoniumsulfaat is hierdoor het hoogst in gebieden met een hoge ammoniakuitstoot Occulte depositie Occulte depositie is de aanvoer van elementen via mist, dauw en laaghangende wolken. Deze vorm van depositie is vooral belangrijk in bergachtige gebieden. De concentraties van opgeloste elementen zijn hoger in mist en wolken dan in neerslagwater. De aangevoerde hoeveelheid water hangt af van de mistfrequentie, maar gegevens hierover zijn schaars voor onze regio. In Nederland concludeerden Vermeulen et al. (1997) dat de bijdrage van occulte depositie tot de totale verzurende depositie op bossen in een laaglandregio beperkt is (< 5 %) omwille van: de relatief lage mist-frequentie; de afwezigheid van hellingen waarop laaghangende wolken kunnen neerslaan; de hoge aanvoer van verzurende stoffen via natte en droge depositie, waardoor het relatief belang van occulte depositie afneemt. Voor vegetaties met een lagere ruwheidslengte (bv. gras en heide) zijn voor zover bekend geen gegevens beschikbaar voor onze regio; maar occulte depositie voor dit soort vegetatie is nog kleiner dan voor bos Bepaling van verzurende depositie in Vlaanderen Metingen: depositiemeetnet verzuring VMM Het meetnet verzuring van de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) bestaat uit: negen meetplaatsen voor natte en droge verzurende depositie (sinds 2001); acht bijkomende meetplaatsen voor droge verzurende depositie van NH 3 (sinds 2008). De meetplaatsen voldoen voor zover mogelijk aan de criteria uit ISO (Water quality Sampling Part 8: Guidance on the sampling of wet deposition) om als regionale site voor natte depositie te kunnen voldoen. Natte depositie hangt af van de hoeveelheid neerslag en de concentratie van de opgeloste ionen. Natte depositie kan dus eenvoudig gemeten worden door neerslag op te vangen en de hoeveelheid en de samenstelling ervan te bepalen. In het VMM-depositiemeetnet verzuring wordt de hoeveelheid neerslag gemeten met een pluviometer. Om de samenstelling te bepalen wordt neerslag opgevangen met wet-only toestellen. Dit zijn toestellen met een deksel dat enkel open is tijdens neerslagbuien, zodat er geen ongewenste afzetting gebeurt van droge depositie. In het laboratorium bepaalt men de concentratie van de stikstof- en zwavelhoudende ionen. Droge depositie is een complex proces dat moeilijk nauwkeurig te meten is. De reden hiervoor is dat droge verzurende depositie veroorzaakt wordt door meerdere soorten gassen september

14 Verzuring en aerosolen, elk met een specifieke droge depositiesnelheid die afhankelijk is van de meteorologische omstandigheden en de aard van het oppervlak (zie ). Het depositiemeetnet VMM bepaalt enkel de droge verzurende depositie door drie belangrijke gassen, namelijk ammoniak (NH 3 ), stikstofdioxide (NO 2 ) en zwaveldioxide (SO 2 ). De droge verzurende depositie door andere gassen en deeltjes wordt niet bepaald. De concentratie van NH 3, NO 2 en SO 2 in de omgevingslucht wordt in het depositiemeetnet gemeten met diffusieve monsternemers. Deze absorberen de gassen gedurende een meetperiode van 2-4 weken en worden nadien geanalyseerd in het laboratorium. Dit is een kostenefficiënte en eenvoudige meettechniek voor het monitoren van luchtverontreiniging met een relatief hoge ruimtelijke resolutie. Voor NH 3 zijn er extra meetplaatsen omwille van de hoge ruimtelijke variatie van dit gas in niet-verstedelijkte gebieden. De droge depositie van NH 3, NO 2 of SO 2 wordt vervolgens geschat per vegetatietype als het product van de gemeten luchtconcentratie en een depositiesnelheid, die specifiek is voor het beschouwde gas en het vegetatietype (zie vergelijking 8). Hoewel de depositiesnelheid in werkelijkheid varieert in ruimte en tijd, worden er constante jaargemiddelde waarden gebruikt voor vier beschouwde vegetatietypes: gras, heide, loofbos en naaldbos. De waarden werden afgeleid op basis van de beschikbare wetenschappelijke literatuur. Momenteel wordt in het depositiemeetnet geen rekening gehouden met de droge depositie van potentieel verzurende aerosolen en andere stikstofhoudende gassen dan NH 3 en NO 2. Het VMM-depositiemeetnet onderschat hierdoor de werkelijke potentieel verzurende aanvoer van stikstof en zwavel. Het belang van deze niet-bepaalde componenten hangt af van het beschouwde vegetatietype. Van de andere stikstofhoudende gassen zijn HNO 2 en HNO 3 het belangrijkst in onze regio. Voor een dennenbos in Antwerpen bedroeg de gemeten depositie van HNO 2 en HNO 3 4,1 kg N/(ha.jaar) of 13 % van de droge depositie van stikstof (Neirynck et al. 2007). Droge depositie van aerosolen kan ook belangrijk zijn, in het bijzonder voor hoge vegetatietypes zoals bos. Voor een dennenbos bedroeg de droge depositie van NH + 4 en NO - 3 9,8 kg N/(ha.jaar), of bijna de helft van de droge depositie van NH 3 en NO 2 (Neirynck et al. 2007). Met occulte depositie wordt geen rekening gehouden in het depositiemeetnet verzuring. Zoals hoger vermeld kan verwacht worden dat occulte depositie minder dan 5 % bijdraagt tot de totale depositie in een laaggelegen regio zoals Vlaanderen Modellering: VLOPS-modellering Potentieel verzurende depositie in Vlaanderen wordt ook berekend met het VLOPS-model. Dit is een voor Vlaanderen aangepaste versie van het Nederlandse Operationele Prioritaire Stoffen model (OPS-model) dat oorspronkelijk ontwikkeld werd door het Nederlandse Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne (RIVM) (Van Jaarsveld, 1989). In opdracht van de VMM werd het door de VITO geïmplementeerd als VLOPS-model om de actuele en toekomstige luchtkwaliteit te simuleren op regionaal niveau in Vlaanderen. Het voordeel van een dergelijk model ten opzichte van metingen is dat de situatie voor heel Vlaanderen in kaart kan gebracht worden in plaats van enkel op een selectie van meetlocaties. Het VLOPS-model is een mechanistisch model dat de atmosferische verspreiding van stoffen op lokale, maar vooral op regionale schaal simuleert op basis van meteorologische gegevens en emissiegegevens in Vlaanderen en daarbuiten. Het VLOPS-model berekent dispersie, transport, omzetting en depositie van verzurende stoffen (SO2, NOX, NH3, sulfaten, nitraten, ammonium) en niet-reagerende stoffen zoals dioxines en zware metalen. Voor de lokale schaal maakt het model gebruik van Gaussische dispersie, voor transport over grote afstand werkt het model als een trajectoriemodel en bij tussenliggende situaties als een combinatie van beide. Zo kunnen bijdragen van lokale, regionale en buitenlandse bronnen in één berekening worden gecombineerd. 12 september 2013

15 Verzuring Als invoer gebruikt het model een meteostatistiek die met behulp van een meteoprocessor wordt samengesteld. In de meteostatistiek wordt onderscheid gemaakt tussen verschillende stabiliteitsklassen met een eigen menglaaghoogteverdeling. Alle klassen worden doorgerekend en achteraf gewogen met hun frequentie van voorkomen. Voor het opmaken van de VLOPS-meteostatistiek wordt de Nederlandse meteo-invoer van de zone Midden- Brabant, Veluwe, Twente gebruikt omdat deze het dichtste aansluit bij de gemiddelde Vlaamse meteorologische situatie. Verdere invoergegevens hebben betrekking op de receptoren (coördinaten, ruwheidslengte, landgebruik, achtergrondconcentraties) en op de emissiebronnen (coördinaten, emissiesterkte, hoogte, afmeting indien oppervlaktebron). Voor de emissies wordt gebruik gemaakt van de Emissie Inventaris Lucht (EIL) voor Vlaanderen (opgedeeld in 45 sectoren) en van CORINAIR/EMEP buiten Vlaanderen (opgedeeld in 10 sectoren). De emissies worden vóór invoer in het VLOPS-model geografisch gespreid met de emissie-preprocessor E-MAP (Maes, et al., 2008; Veldeman et al., 2012). De beschrijving van de chemische reacties in het model beperkt zich tot eerste orde reactiemechanismen. Het model berekent natte depositie aan de hand van zogenaamde scavenging ratio s, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen uitwassen en uitregenen. Voor droge depositie is een uitgebreide module voor de parametrisatie van droge depositiesnelheden opgenomen (DEPAC-module). Als uitvoer genereert het model jaargemiddelde concentratievelden en jaarlijkse depositievelden (droge, natte en totale depositie (occulte depositie wordt niet beschouwd)) voor primair en secundair verzurende componenten en zware metalen. De gebruiker bepaalt voor welke receptoren de berekeningen gebeuren. Meestal is dit voor heel Vlaanderen, met een geografische resolutie van 1x1 km 2. Daarnaast kunnen doorrekeningen gebeuren voor puntlocaties, wat van belang is bij de modelvalidatie. Een modelvalidatie gaat na hoe groot de totale onzekerheid op een modelresultaat is. Deze modelonzekerheid is het resultaat van de onzekerheden op de emissiegegevens, de meteorologische invoergegevens en de modelparametrisaties. Bij de modelvalidatie worden model- en meetresultaten met elkaar vergeleken (op concentratieniveau), dus de meetonzekerheden dienen ook in rekening gebracht. Meer informatie over het OPS-model is te vinden op: september

16 Verzuring 3 Ruimtelijk perspectief Om de luchtkwaliteit in de omgeving van de bronnen van luchtverontreiniging te verbeteren, was het beleid in de jaren zestig en de jaren zeventig vooral gericht op een goede verspreiding van emissies via hoge schoorstenen. Dit leidt tot een verlaging van de concentraties op grondniveau in de brongebieden, maar ook tot meer grensoverschrijdende vervuiling. Tegelijkertijd wordt de zoektocht naar een aanwijsbaar verband tussen emissiebron en -plaats enerzijds en schadelijke effecten anderzijds sterk bemoeilijkt. Wegens de lange verblijftijden in de atmosfeer (enkele dagen voor SO 2 en nog langer voor NO x ) en een hoge transportsnelheid van de lucht en de wolken (2 tot 10 meter per seconde), kunnen verzurende componenten al gauw over afstanden tot km getransporteerd worden. NH 3 slaat snel neer onder vochtige omstandigheden en wordt in gasvormige fase maar over enkele tientallen kilometers getransporteerd. Onder aerosolvorm (ammonium) kan het echter ook tot km ver getransporteerd worden. De langeafstandstransporten brengen de verzurende stoffen via natte en droge depositie tot in ver afgelegen landelijke streken en natuurgebieden. Zoals figuur 1 toont, treedt verdunning van de polluenten voornamelijk op tijdens de horizontale verspreiding te wijten aan de luchtverplaatsing door de wind. Hierbij wordt de rookpluim door turbulente bewegingen in de atmosfeer (diffusie) langer en breder. De verticale verspreiding van de verontreiniging wordt sterk bepaald door de temperatuurverschillen in de onderste luchtlagen. De hoogte van de onderste luchtlaag - ook wel menglaag genoemd - waarin de polluenten goed gemengd zijn, varieert in de loop van de dag en kan soms beperkt worden door bovenliggende warme luchtlagen (temperatuurinversie). Dit leidt enkele malen per jaar tot episodes van hoge luchtverontreiniging. Uitwisselingsprocessen tussen menglaag en hoger gelegen luchtlagen verlopen meestal veel trager. De chemische omzettingen (transformaties) naar zuren in gasof aerosolvorm gebeuren gelijktijdig met de verspreiding, waarna natte depositie plaatsvindt bij neerslag en droge depositie door interactie met bodem, bebouwing, vegetatie en water. Figuur 1: Schematische voorstelling van de verspreiding van luchtverontreiniging Bron: naar MINA-plan 2 (1990) Door de verspreiding van de verzurende componenten over grote afstanden, is verzuring een probleem dat een internationaal gecoördineerde aanpak vereist. Een gedeelte van de verzurende depositie in Vlaanderen is veroorzaakt door verzurende emissies van buiten Vlaanderen. Omgekeerd leiden de verzurende emissies uit Vlaanderen ook tot verzurende 14 september 2013

17 Verzuring depositie in de omringende gebieden. Met zijn grote bevolkingsdichtheid, intensieve industrialisatie, grote energieproductie, veestapel en verkeersdichtheid vormt Vlaanderen, samen met het noorden van Frankrijk, het zuiden van Nederland en het Rijn-Ruhrgebied in Duitsland het industriële zwaartepunt van Noordwest-Europa. De omvang van invoer en uitvoer van verzurende componenten kan men in een kleine regio als Vlaanderen slechts indirect inschatten, door modelberekeningen van de atmosferische verspreiding van de verzurende emissies te vergelijken met de verzurende depositie op het grondgebied. Uit modelberekeningen met het VLOPS-model weten we dat bijna de helft van de verzurende deposities in Vlaanderen afkomstig is van emissies buiten de grenzen van Vlaanderen. Bij NOy-depositie speelt de import de grootste rol, ongeveer twee derden van de depositie in Vlaanderen is afkomstig van buiten Vlaanderen. SOx-depositie wordt ongeveer voor iets meer dan de helft veroorzaakt buiten Vlaanderen. Bij de NHx-depositie is de import van buiten Vlaanderen veel geringer, hier staat de import in voor minder dan ongeveer een derde van de depositie. Dit komt doordat de emissies zelf meestal op lagere hoogte gebeuren en de transportafstand gemiddeld kleiner is. 4 Tijdsperspectief Verzuring is een milieuprobleem met een lange historiek. Reeds in de eerste helft van de 19 de eeuw wezen de Duitser Lampadius, de Fransman Ducros en de Engelsman Robert Angus Smith op de verzuring van de neerslag ( Lampadius 1834a, 1834b; Smith 1852, 1872). Ducros gebruikte als eerste de term pluie acide, nog voor Smith sprak over acid rain. De Zweedse onderzoeker Svante Odén alarmeerde in 1967 het publiek en de wetenschappelijke gemeenschap over het langeafstandstransport van luchtverontreiniging en de daarbij horende verzuring van de neerslag in grote delen van Europa (Odén, 1967). Vooral in de periode is de emissie van verzurende componenten (en daardoor ook de verzurende depositie) in Europa zeer sterk gestegen. In Vlaanderen blijkt dit onder meer uit de hoge SO 2 -concentraties in de omgevingslucht in stedelijke en industriële gebieden aan het begin van de jaren zeventig. Sindsdien heeft voornamelijk een belangrijke reductie van de SO 2 -emissies en -omgevingsconcentraties plaatsgevonden. De emissies van NO x en NH 3 zijn ook afgenomen, maar in geringere mate. Door de emissiereducties is de ernst van de verzuringsproblematiek in Vlaanderen afgenomen in de afgelopen dertig jaar. Het probleem is echter nog niet opgelost. De verzuring gaat nog steeds door, in een lager tempo dan voorheen. Het gevoerde emissiereductiebeleid voor verzurende polluenten heeft ook een positieve invloed gehad op andere milieuthema s, zoals vermesting, fotochemische luchtverontreiniging, biodiversiteitsverlies en zwevend stof (zie 6 Verbanden met andere thema s). 5 Gevolgen van verzuring 5.1 Impact van verzuring op ecosystemen Bodemverzuring Een bodem verzuurt wanneer het zuurbufferende vermogen van de bodem vermindert en het aandeel van kalium, calcium en magnesium op het klei-humus-uitwisselingscomplex vermindert ten nadele van aluminium en protonen (waterstofionen, H + ). Bodemverzuring is primair een toename van de concentratie aan protonen in de bodem. Bij niet-zure bodems (hoge ph of lage bodemzuurtegraad) worden inkomende protonen verwijderd door reactie met calciumcarbonaat. Wanneer alle vrij calciumcarbonaat weg is gereageerd, worden protonen uitgewisseld tegen de zogenaamde basische kationen (kalium, calcium en magnesium). De kationen komen dan in oplossing en - als ze niet worden opgenomen door de vegetatie - logen uit via percolerend water. Zolang er voldoende bufferende stoffen aanwezig zijn, verandert de ph nauwelijks bij toevoegen van zuur, maar de chemische samenstelling van de bodem verandert wel. Bij een verdere daling van de ph (<4,5-5) worden protonen uitgewisseld tegen aluminium en bij nog zuurdere bodems tegen ijzer (De Schrijver et al., 2012). september

18 Verzuring Bodemverzuring is zowel het gevolg van antropogene als natuurlijke processen. Onder de in onze streken heersende klimatologische omstandigheden treden bodemverzuring en de uitspoeling van voedingsstoffen van nature op. Menselijke activiteiten, zoals houtwinning, strooiselroof en de uitstoot van zwavel- en stikstofverbindingen kunnen bodemverzuring echter versnellen Natuurlijke oorzaken van bodemverzuring Bodemverzuring is deels een natuurlijk proces. Natuurlijke of interne bodemverzuring kan plaatsvinden wanneer er een neerslagoverschot bestaat. In Vlaanderen regent het gemiddeld 300 mm meer dan dat planten en landbouwgewassen nodig hebben. Dit neerslagoverschot draineert weg in de bodem, maar neemt opgeloste zuurbufferende stoffen mee naar diepere bodemlagen. De natuurlijke bodemvormende processen leiden bij neerslagoverschot dus tot bodemverzuring. In bodems met een voldoende hoge minerale verwering kan dit natuurlijke verlies aan basische kationen geheel of gedeeltelijk gecompenseerd worden. Deze mate van bodemverzuring hangt dus af van de bufferende capaciteit van de bodem (klei, leem, zand). Planten nemen meer kationen dan anionen op uit de bodem. Hierdoor geven plantenwortels netto protonen af, waardoor er (tijdelijk) bodemverzuring ontstaat. In onverstoorde omstandigheden is de opname van voedingsstoffen bij de opbouw van biomassa gelijk aan de afgifte van voedingsstoffen bij de daaropvolgende mineralisatie van de biomassa, waardoor de productie en consumptie van protonen gecompenseerd worden. Wanneer biomassa verwijderd wordt (oogst van hout of gewassen), verdwijnen de opgenomen voedingsstoffen uit het systeem. In de huidige landbouw wordt deze verzuring gecompenseerd door aanvoer van kalkmeststoffen. Als de kationen die door de vegetatie worden opgenomen niet afkomstig zijn van afgebroken organisch materiaal, maar van het bodemuitwisselingscomplex of atmosferische depositie, leidt kationenopname wel tot een netto protonentoename in de bodemoplossing. Analoog resulteert de opname van nitraat en sulfaat afkomstig van atmosferische depositie in een netto protonenafname in de bodemoplossing. Ook bij de afbraak van organisch materiaal worden zuren gevormd. Deze dissociatie van zwakke zuren draagt vaak betekenisvol bij tot de interne protonenproductie in Europese bosbestanden Menselijke oorzaken van bodemverzuring Naast natuurlijke bodemverzuring is er ook bijkomende antropogene of externe verzuring door de aanvoer van zwavel- en stikstofverbindingen. Als SO 2 en NO x in de atmosfeer nog niet omgezet zijn tot zwavelzuur en salpeterzuur, dan gebeurt dit in grote mate in de bodem. Gereduceerde stikstof (NH x ) wordt door microbiële transformatie (nitrificatie) omgezet in nitraat en één of twee protonen (vertrekkend van respectievelijk NH 3 of NH 4 + ). De protonen kunnen basische kationen verdringen van het bodemuitwisselingscomplex, die dan uitspoelen onder de wortelzone samen met nitraat of sulfaat. De aanvoer van stkstof en zwavel heeft niet enkel een directe invloed op bodemverzuring. De natuurlijke protonenproductie door interne processen neemt immers toe als gevolg van de aanvoer van externe verzurende elementen. Overmatige stikstofdepositie kan leiden tot een geleidelijke verhoging van het stikstofgehalte in planten en de bodem en resulteren in veranderingen in de stikstofcyclus. Meer stikstof verlaagt de C/N-verhouding van de strooisellaag, wat eerst de strooiselafbraak versnelt maar op termijn tot een minder volledige afbraak kan leiden. Ook de negatieve effecten van verzuring op bodemorganismen (bv. regenwormen) zorgen voor een dikkere humuslaag, waaruit meer organische zuren vrijgesteld kunnen worden. Door een overmaat aan ammonium in de bodemoplossing kan de natuurlijke verhouding van de wortelopname van ammonium en nitraat veranderen ten gunste van ammonium wat de interne protonproductie verhoogt. Antropogene verzuring wordt ten slotte ook veroorzaakt door de verwijdering van biomassa uit het ecosysteem. Doordat de vegetatie meer kationen dan anionen opneemt zorgt exploitatie immers voor een netto toename aan zuurheid in de bodem. In bossen kan vooral de oogst van volledige bomen leiden tot uitputting van de bodemvoorraad aan basische 16 september 2013

19 Verzuring kationen omdat de nutriëntengehaltes in takken en bladeren hoger zijn dan in stammen. Tenslotte kan nog opgemerkt worden dat ook de eeuwenlange traditie van strooiselroof en hakhoutexploitatie nadelige effecten heeft gehad op de buffercapaciteit van bosbodems. Met het strooisel worden immers ook de voedingsstoffen uit het ecosysteem verwijderd, waardoor de van nature al lage bufferingscapaciteit van zandige bodems nog is afgenomen. Ook het veelvuldig verwijderen van staakhout bij hakhoutexploitatie verwijdert vrij veel voedingsstoffen uit het systeem Impact van verzuring op biodiversiteit in bos, heide en grasland De directe gevolgen van bodemverzuring zijn het uitlogen van basische kationen en het in oplossing gaan van aluminium, zoals hoger beschreven (5.1.1). Deze bodemchemische veranderingen zijn schadelijk voor planten en voor het bodemleven. Een tekort aan basische kationen leidt tot een verminderde plantengroei en tot gebreksziekten bij planten. Hoge concentraties aan aluminium in de bodemoplossing resulteren in schade aan haarwortels. Plantensoorten die gevoelig zijn voor aluminium verdwijnen. Ook bij boomsoorten zoals es en gewone esdoorn is aangetoond dat verhoogde aluminiumconcentraties schade toebrengen aan de wortels van zaailingen. Effecten van een veranderde bodemchemie zijn niet enkel aangetoond bij planten. Ook het bodemleven wordt negatief beïnvloed door bodemverzuring. Zo worden schimmelsoorten die in en om de wortels groeien (arbusculaire mycorrhiza) en positief zijn voor de opname van voedingsstoffen door de planten, aangetast door hoge aluminiumconcentraties in de bodem. Ook regenwormen verdwijnen door verzuring. Hoewel er een aantal zuurtolerante regenwormsoorten bestaan, komen de meeste niet meer voor in zure bodems (De Schrijver et al., 2012). Door het verdwijnen van diepgravende regenwormsoorten vermindert ook de vermenging van de humus met de minerale bodem en de bodemverluchting. Een tekort aan calcium door verzuring heeft ook negatieve gevolgen voor bv. slakken en bepaalde vogelsoorten. Zo werd een verhoogde sterfte bij mezen veroorzaakt door het dunner worden van eischalen, en dit door een afname van calciumverbindingen in het voedsel (PBL, 2010). Naast deze directe of toxische effecten van veranderingen in de bodemsamenstelling, vinden ook op indirecte wijze veranderingen plaats in (half)natuurlijke ecosystemen (PBL, 2010). Planten- en dierensoorten zijn immers aangepast aan de omgeving waarin zij voorkomen. Wanneer de lokale omstandigheden wijzigen, kan op termijn ook de soortensamenstelling. veranderen. Als oorspronkelijke soorten verdwijnen en verdrongen worden door zuurtolerante soorten, is er meestal een verlies aan biodiversiteit. In onze regio is verzuring vooral het gevolg van atmosferische stikstofdeposities, die zowel verzuring als vermesting veroorzaken. Hierdoor is het niet eenvoudig om verzurende en vermestende effecten op natuur te onderscheiden. Beide factoren leiden tot een wijziging van de samenstelling van de vegetatie en veroorzaken algemeen een verlies aan diversiteit. Door de aanvoer van stikstof wordt de bodem voedselrijker. Dit verschijnsel noemt men vermesting. Door de overvloedige hoeveelheid stikstof krijgen de stikstofminnende planten meer kansen, waardoor de echte bosplanten in de verdrukking raken. Soorten zoals brandnetel, braam en bepaalde varens winnen het van soorten zoals bosanemoon. Een veranderde vegetatiestructuur kan dan weer gevolg hebben voor diersoorten, zoals vlinders en vogels. Vooral heidegebied met zijn specifieke plantensoorten is zeer kwetsbaar. Deze gebieden vergrassen met soorten als pijpenstrootje en bochtige smele onder invloed van verzuring en vermesting waardoor zeldzame soorten verdwijnen. Soorten zoals struikheide en dopheide kunnen namelijk alleen leven in een voedselarme omgeving. Bij vergrassing verdwijnen ook de open plaatsen in de heide wat gepaard gaat met de achteruitgang van een aantal plant- en diersoorten (onder meer graafwespen, graafbijen en loopkevers). Kruidachtige heideplanten zoals de liggende vleugeltjesbloem, de moeraswolfsklauw, het heidekartelblad en de wilde tijm komen steeds minder voor. september

20 Verzuring De hoge stikstofvoorziening zorgt er voor dat bomen snel(ler) groeien, wat niet altijd goed is Ze worden brozer en gevoeliger voor vorst, schimmel- en insectenaantasting. Het Nederlandse Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) geeft een overzicht van de belangrijkste effecten van verzurende depositie en stikstofdepositie op ecosystemen (tabel 1). Tabel 1: Belangrijkste effecten op ecosystemen van verzurende depositie en stikstofdepositie Ecosysteem Belangrijkste effecten van verzurende depositie Belangrijkste effecten van stikstofdepositie Bos Bossen op arme zandgronden Achteruitgang gevoelige soorten. Verhoogde uitspoeling van basische kationen en toename van aluminium. Wortelschade. Verminderd bodemleven. Toename plaaggevoeligheid door schade aan naalden/bladeren. Veranderingen in ondergroei, zoals toename braam en grassen. Verruiging en vergrassing ondergroei. Afname paddenstoelen, waaronder cantharel. Verhoogde stikstofuitspoeling. Toename plaaggevoeligheid bomen door verstoorde nutriëntenbalans. Bossen op rijke gronden Veranderingen in ondergroei. Heide Droge heide Achteruitgang gevoelige soorten. Toename aluminium, daling ph. Vergrassing, bijvoorbeeld door toename bochtige smele. Ophoping van stikstof. Natte heide en droogveen Achteruitgang gevoelige soorten. Toename aluminium, daling ph. Achteruitgang kenmerkende mossen. Toename van grassen, zoals pijpestrootje. Ophoping van stikstof. Soortenrijke graslanden Nat schraal grasland Achteruitgang gevoelige soorten. Toename aluminium, daling ph. Achteruitgang gevoelige soorten. Droog schraal grasland Achteruitgang gevoelige soorten. Toename aluminium, daling ph. Vergrassing, zoals toename gewoon struisgras. Achteruitgang gevoelige soorten. Kalkgrasland Achteruitgang gevoelige soorten. Toename aluminium, daling ph. Verhoogde mineralisatie. Ophoping van stikstof en uitspoeling. Toename grassen, zoals geveerde kortsteel. Achteruitgang gevoelige soorten. 18 september 2013

21 Verzuring Oppervlaktewater Meren, beken en bronnen Kustwateren Vennen Bijdrage aan verzuring. Achteruitgang (onder)waterplanten. Ophoping van stikstof. Achteruitgang gevoelige soorten. Toename van soorten als knolrus. Bron: PBL (2010) Verzuring van het oppervlaktewater Verzuring van meren en vennen heeft een aantasting van het visbestand en de watervegetatie tot gevolg. Een aantal aquatische ecosystemen is slechts in beperkte mate gebufferd: de aanvoer van een relatief kleine hoeveelheid zuurequivalenten kan de ph al sterk doen dalen. In Vlaanderen zijn vooral de vennen zeer gevoelig (bijvoorbeeld de Kempische vennen). Dit zijn plassen met voedselarm water en veel organisch materiaal (turf) op de bodem. De soortenrijke en zeldzame oeverkruidgemeenschappen die kenmerkend zijn voor deze vennen worden verdrongen door veenmossen en knolrus. Ook de rijke en gevarieerde microvegetatie wordt bij verzuring vervangen door een of enkele soorten kiezel- en draadwieren. Bepaalde soorten waterwantsen (bootsmannetje, ruggezwemmer), libellenlarven, waterkevers en muggenlarven worden in overmaat in verzuurde vennen aangetroffen. Daarentegen overleven vele amfibieën, vissen, slakken, mosselen en schaaldieren een sterke verzuring niet. Meer dan 50 % van de eieren van de heikikker overleeft ph-waarden lager dan 4,2 niet, waardoor hun voortplanting in gevaar komt. Onderzoek op diatomeeën in vennen toonde aan hoe deze verzuring gefaseerd plaatsvond. Vennen in de buurt van Turnhout verzuurden later dan vennen in de buurt van Kalmthout (figuur 2). Figuur 2: Aandeel van verzuringsresistente Eunotia exigua in de diatomeeënpopulaties in functie van tijd en gebied ( ) Bron: Denys (1996), Hendrickx & Denys (2001) In de buurt van Kalmthout zijn de bodems minder gebufferd en de deposities waren er wellicht hoger ten gevolge van emissies uit de Antwerpse agglomeratie. Om een indruk van september

22 Verzuring de ecologische impact weer te geven is in figuur 2 beroep gedaan op de verzuringsindicator Eunotia exigua, een van de weinige diatomeeënsoorten die in sterk mineraalzure omstandigheden goed gedijt. Deze figuur toont het gemiddeld aandeel van deze soort in sedimentmonsters uit Kempische wateren, ingedeeld per tijdsvenster van 25 jaar. Deze figuur dient opgevat als een indicatie, omwille van het ontbreken van een op maat gesneden en volgehouden monitoring, waardoor op beschikbare gegevens met een minder consequent en continu karakter dient te worden teruggevallen Begrip kritische last Concept In het kader van de Conventie over grensoverschrijdende luchtverontreiniging (UNECE Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution (LRTAP)) wordt de gevoeligheid van ecosystemen voor verzurende en vermestende depositie bepaald op basis van het concept kritische lasten. De berekening van kritische lasten wordt gecoördineerd door het Coordination Center for Effects (CCE) in opdracht van ICP Modelling and Mapping (of Critical Levels and Loads and Air pollution Effects), wat een van de zes Internationale Coöperatieve Programma s is van de Working Group on Effects van de Conventie LRTAP. Een kritische last (critical load) wordt algemeen gedefinieerd als een kwantitatieve schatting van een blootstelling aan een of meerdere polluenten waaronder volgens de huidige kennis geen significante schadelijke effecten optreden aan bepaalde gevoelige milieureceptoren. Deze definitie is toepasbaar op verschillende receptoren, zoals terrestrische of aquatische ecosystemen of de menselijke gezondheid. Kritische lasten worden vaak gebruikt om langetermijn effecten in te schatten van atmosferische deposities op ecosystemen. De kritische last voor verzuring wordt gedefinieerd als de hoogste depositie van verzurende componenten die geen chemische verandering veroorzaakt die op termijn leidt tot schadelijke effecten op het functioneren en de structuur van ecosystemen (Nilsson en Grennfelt, 1988). Analoog is de kritische last voor vermesting de hoogste depositie van stikstof (onder de vorm van NH x of NO y ) waarbij geen schadelijke effecten optreden aan de structuur en het functioneren van ecosystemen. Het basisprincipe van een kritische last is om de depositie waaraan een ecosysteem is blootgesteld te vergelijken met de capaciteit van dit ecosysteem om deze aanvoer te bufferen (bv. door minerale verwering in het geval van verzurende depositie) of te verwijderen uit het ecosysteem (bv. door oogst stikstof wegnemen), zonder schadelijke effecten binnen of buiten het systeem. Kritische lasten kunnen op twee manieren worden bepaald: Empirische kritische lasten (vermestende depositie): op basis van experimenten waarin stikstof wordt toegevoegd aan ecosystemen; Berekende kritische lasten (verzurende en vermestende depositie): op basis van een massabalans van de betrokken elementen Empirische kritische lasten (vermestende depositie) Een overmaat aan stikstof in ecosystemen leidt tot veranderingen in de samenstelling van de plantengemeenschap, een afname van de diversiteit en vaak ook tot de afname van het aantal soorten op een bepaalde plaats. Door op gecontroleerde wijze stikstof toe te voegen aan (half)natuurlijke ecosystemen gaat men na bij welke dosissen er negatieve effecten optreden. Door het herhalen van dergelijke experimenten op verschillende plaatsen, kan men de waarde (of het bereik) vinden waarbij stikstof schadelijk wordt. Deze dosis is de zogenaamde empirische kritische last voor stikstof. 20 september 2013