Klimaat, energie en mest: de toekomst van de bodem Duurzaam bodembeheer 24 januari 2008 Peter Kuikman, Alterra, Wageningen UR, Centrum Bodem
Onderwerpen Bodem en Klimaatinteracties Invloed klimaatverandering op traditionele bodemdiensten in NL? Wat weten we wel en wat niet van bodem koolstof en CO 2 in Nederland? Hoe belangrijk is CO 2 en hoe wegen overige broeikasgassen? Voedsel en energie: vriend of vijand?
Klimaat en bodem Klimaat Bodem 1. Veranderen de maatschappelijke diensten van de bodem bij voorspelde klimaatverandering? 2. Veranderingen in de bodem a.g.v. klimaatverandering
Klimaat en bodemvorming
Bodem in Nederland: Man made! Klimaat is ondergeschikte factor in bodemvorming Vroeger: landbouw afhankelijk van bodemkwaliteit Vandaag: mens en landbouw vormt de bodem: landbouw, grondbewerking, bemesting, sealing domineren bodemvorming in Nederland Man made bodems: eerd- en dal- en koopveengronden en terpen. Voorbeeld: enkeerdgrond met een 70 cm dik esdek; het resultaat van eeuwenlang slepen met plaggen en mest.
Invloed klimaatverandering op bodemdiensten in NL? Hogere zeespiegel leidt tot verzilting en vernatting in NL NAP Hogere temperatuur versnelt mineralisatie (C = CO 2 en nutrienten) en kan leiden tot structuurverlies Onregelmatiger en forse neerslag in zomer en najaar leidt tot hogere uitspoeling N en opbrengst- en oogstonzekerheid Meer regen in winter leidt tot wateroverlast moeizamer grondbewerking en compactie, meer denitrificatie (en N 2 O), lagere opbrengsten
Heeft de landbouwer een antwoord? Nu management van weer Straks management van weer en van klimaat Seizoensweerberichten? Andere spelregels nopen tot verzekering, andere gewassen, andere varieteiten, andere keuzes in voedergewassen Bijscholing van landbouwers
Bodem en klimaatverandering de context N 2 O, ppb 310 290 270 CO 2 N 2 O CH 4 360 340 320 300 280 CO 2, ppm 1750 1500 1250 1000 CH 4, ppb 250 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Year 260 750
Bodem en Klimaat Klimaat en Bodem Klimaat Bodem
Issues bodem en klimaatverandering Ondergrond: Warmte-koude opslag en vermijden van gebruik fossiele energie CO 2 opslag uit fossiele energiedragers in ondergrond Bodemprocessen in de bovengrond: C in de bodem (bruto-netto verhaal voor C en voor N en C- vastleggen versus vasthouden; Emissies van CH 4 en N 2 O; Energie en voedsel: Residue for the soil, grain for the people (R. Lal, 2007); biomassa voor energie = onthouding organische stof en nutrienten aan de bodem; hoeveel is verantwoord?
Koolstofvastlegging in de bodem + Biota 560 Pg C + Atmosfeer 750 Pg C (CO 2 ) Bereikbare fossiele brandstof 4000 Pg C Bodem Organische Stof 2400 Pg C Potentiele C Vastlegging 50 Pg C 1 Pg = 1 10 15 g [IPCC, 2005]
Koolstofvastlegging in Nederland? Bruto vastlegging in landbouw productie geschat op 80 Mton CO 2 per jaar Emissie CO 2 NL ruim 160 Mton CO 2 per jaar Emissie of vastlegging in landbouwgronden grootste deel onbekend Bij 2% netto vastlegging, 1% van de nationale CO 2 emissie Vermijden van verliezen aanwezige organische stof lijkt veel effectiever!
Trends in gemiddeld gehalte bodem organische stof van grasland (periode 1984-2000) en bouwland (periode 1984-2004) 5.0 4.5 4.0 3.5 Grassland y = 0.0097x + 4.21 R 2 = 0.16 Soil organic C, % 3.0 2.5 2.0 1.5 Arable land y = 0.008x + 1.87 R 2 = 0.39 1.0 0.5 0.0 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 years
Hoe anders in veengronden omvangrijke verliezen van veen en CO 2 en N 2 O emissies van bijna 5 Mton CO 2 per jaar!
Mitigatie via bodembeheer en -management Atmosfeer CO 2 N 2 O + - Bodem Bodem C Bemesting
Mitigatie via bodembeheer en -management Zero tillage niet ploegen CO 2 + N 2 O + 0 + Bodem C Bemesting [Six et al, 2004]
Mondiale bronnen van N 2 O emissies 14 1 Tg = 1 10 12 g N 2 O flux, Tg N yr -1 12 10 8 6 4 2 0 Soils Oceans Cattle (Fertilizer) industry Atmosphere Biomass burning [IPCC, 2001]
Research questions What are the mechanisms that lead to elevated N 2 O emissions during C sequestration? What soil management options are most beneficial from an integrated greenhouse gas perspective? [Global change - C sequestration - N 2 O emissions - Mitigation - Approach - Why me?]
Effecten van bodem management op N 2 O emissies 1 Effect van diepte van ploegen N2O (kgn/ ha) 0.5 0 7 cm 12 cm 25 cm tillage depth Effect van mest, urine en compactie of combinaties Oenema, Velthof, Kuikman
Mestsamenstelling, lachgas en methaan 20 15 N 2 O emissiefactor, % Vers Vergist 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 rantsoen 7000 6000 CH 4 -emissie, mg C kg -1 mest 5000 4000 3000 2000 1000 Velthof et al., (2005) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 rantsoen
7000 CH 4 -emissie, mg C kg -1 mest 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 varkensmest varkensmest + hooi varkensmest + meel varkensmest + GFT compost
14 N 2 O-Emissie, % van toegediende N 12 10 8 6 4 2 0 Oppervlakkige toediening "Ploegen" "Zode bemesting" Velthof et al., (2003)
Omvang en bronnen emissies uit de landbouw NL 1990 2001 Methaan Lachgas Kooldioxide CO2 landgebruik = < < N 2 O en CH 4 lichte afname productie stabiel CO 2 kassen stabiel productie verdubbelt Ontwerp klimaatneutrale kas beschikbaar
Trends in emissies N 2 O en CH 4 en de landbouw? Stijging voedselvraag (N 2 O >) Toename vleesconsumptie (CH 4 >) Maar is een klimaatneutrale aardappel (teelt) of biefstuk (koe) denkbaar? En zijn oplossingen aanvaardbaar? Vraag naar bioenergie en grondstoffen (N 2 O >, CO 2?) Tradionele oplossingen (1e generatie) of integreren in landbouw? Klimaatneutraal?
Huilige huisjes onderuit? Ook veengebieden grote boosdoener CO 2 -uitstoot NOS Journaal 24 juni 2007: Fabrieken en auto's worden meestal gezien als de grote boosdoeners als het gaat om de uitstoot van CO 2. Maar ze zijn niet de enige. Ook de Nederlandse veengebieden nemen een deel voor hun rekening,, in totaal 2 a 3 procent van de totale Nederlandse CO 2 -uistoot en evenveel als 2 miljoen personenauto s Worm blijkt milieuvervuiler Agrarisch Dagblad: : 11 JUN 2007 Wormen lijken vrij onschuldig, maar toch blijken ze bij te dragen aan het broeikasgaseffect. Uit onderzoek van de vakgroep bodembiologie van de wageningen universiteit blijkt dat regenwormen veel lachgas produceren. Dat is opmerkelijk,, want wormen stonden tot nu toe juist bekend om hun positieve invloed op de klimaatverandering.
Bio fuels of bio brandstof wat is dat? Bio ethanol (uit stro) of bio diesel (uit koolzaad) Methaangas uit vergisting van dierlijke mest Bio grondstoffen (bio based economy) ter vervanging van fossiel Bio gas (uit vergisting van afval, mest of combinaties daarvan)
Waarom bio based producten en brandstof? Klimaat (CO 2 ) neutraal Schoner, veiliger, goedkoper maar altijd niet N 2 O en CH 4 Renewable energy? Zon ja, maar bodem (en nutrienten) en water niet zonder meer renewable!
Kengetallen 10 ton droge stof per ha in intensieve landbouw In transitie biomassa 2004: 30% energie uit biomassa (50 miljoen ton = 2 3 maal landbouwareaal in NLin 2012 100 000 ha Ethanol en bio diesel 0,3 0,5 m 2 per km (cf. Ecofys) In Nederland maximaal 30000 ha set aside land Technisch potentieel korte termijn 70.000 ha (cf. LEI) Per 20.000 km is 1 ha een jaar nodig van 2 miljoen ha Emissie CO 2 veenweide equivalent aan emissies 2 miljoen auto s in Nederland beter vermijden dan vervangen?
Dilemma: koeien of heilige koeien!
Waar komt dan de biomassa en energie vandaan? Teelt Potentie is beperkt maar kan economisch relevant zijn voor de landbouw in Nederland Import Potentie zeer groot en volgt logistiek veevoer Inzet bij- en restproducten en vergisting Nederland heeft een grote potentie in vorming nieuwe partnerships en coalities
Co-vergisting dierlijke mest en mais duurzaam? Maize Manure Energy input 1095 GJ N 2 O emissions 0 kg N 2 O emissions from fertilization 733 kg N2O CH 4 emissions 0 kg CO 2 emissions from crop production 122 ton CO 2 Transport 20 km 49 GJ Transport 10 km 0 GJ Biomass storage Digester N 2 O emissions 1.4 kg Energy production 6300 GJ Heat 6300 GJ Electricity CH 4 emissions 248 kg Energy consumption 639 GJ Heat 134 GJ Electricity) Residue transport 30 km 49 GJ Leakage 3.2 tons methane
Co-vergisting dierlijke mest en mais duurzaam? Manure Digester Residue application Energy GHG Storage GHG Energy GHG Economy Energy GHG Leaching Odour Cropping Energy GHG Leaching Landscape
Duurzame ontwikkeling de uitdaging in NL? Duurzaam bodem- en landgebruik Koppelen met andere functies en niet uitputten van bodem Behoud of versterking van landschappelijke waarden Wet- en regelgeving en vergunningen organiseren
Duurzame ontwikkeling de uitdaging in NL? Onderscheid naar teelt en innovatie bestaande stromen Nieuwe coalities vormen bij toepassing van reststromen (equivalent van minimaal 200.000 ha in NL) Efficienter werken met grondstoffen Verwerking restwarmte en energie in combi s Nieuwe gewassen (combinatie van het beperken uitspoeling nitraat en verplichte nagewassen)
Conclusies sequestration in the soil (2) Bodemdienst voedselproductie niet in gevaar wel klimaat gericht management nodig Systematische monitoring van veranderingen bodem C in Nederland ontbreekt maar is nodig ivm bioenergie Trends in landbouw en energie mondiaal nopen tot volle aandacht voor de bodem gerelateerde (overige) broeikasgassen N 2 O en CH 4 en is effectief en stabiel Koppeling van voedsel- aan bioenergieproductie leidt tot zelfde criteria en voorwaarden en is duurzamer
Dank U! En collega s Oene Oenema, Gerard Velthof en Jan Willem van Groenigen
Aantal dieren world (FAO, 2007), 1960-2005 cattle, millions 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Cattle + 30% 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Sheep, million 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Sheep & goats + 30% 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1200 18 1000 800 16 14 12 Pigs, millions 600 400 200 0 Pigs + 150% Chicken, billions 10 8 6 4 2 0 Poultry + 400% 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Cattle, million Aantal dieren EU-27, 1960-2005 120 100 80 60 40 20 0 Sheep & Goat, million 160 140 120 100 80 Cattle - 10% 60 40 Sheep & goat +10% 1960 1970 1980 1990 2000 2010 20 0 FAO, 2007 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Pigs, million 180 1400 160 140 1200 120 1000 100 800 80 600 60 40 400 Pigs + 70% Poultry +60% 20 200 0 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Poultry, million