Mest en oppervlaktewater Een synthese van de 3 DOVE projecten t.b.v. de evaluatie meststoffenwet 2004 Sandra Plette 1, Christy van Beek 2 en Caroline van der Salm 2 1 RIZA, 2 Alterra RIZA werkrapport, nr 2004.092x
Samenvatting Tweede helft van de jaren 90 is het programma Diffuse Belasting Oppervlaktewater door de Veehouderij (DOVE) van start gegaan met als doel: een kwantitatief beeld krijgen van de effecten van bemesting en nutriëntenoverschotten op de belasting van het oppervlaktewater op basis van metingen in het veld. Op twee van de drie locaties (zand en veen) is het onderzoek inmiddels afgerond, op de kleilocatie wordt nog tot en met 2005 gemeten. Het onderzoek op de drie locaties draagt duidelijk bij aan de inzichten t.a.v. de processen die een rol spelen bij de relatie tussen bemesting en belasting van het oppervlaktewater. Belangrijke conclusies zijn: Op de zand- en klei locatie is 70 tot 80% van de belasting van het oppervlaktewater met N gerelateerd aan bemesting. Voor P is dit aandeel nog hoger, omdat daar de bijdragen van mineralisatie en atmosferische depositie veel kleiner zijn. Op de veenlocatie is er een aantal andere routes van belasting. Bovendien speelt hier ook inlaat van water een rol, waardoor de bijdrage van verschillende routes ook een seizoensvariabiliteit vertoont. In de zomer zijn voor N met name de meststoffen (15-30%), het veenwater (20-40%) en het inlaatwater van belang. Voor P zijn gedurende de wateraanvoersituatie in de zomer met name veenwater (25-50%), inlaatwater (30-35%), en de meststoffen (25-40%) van belang. In de winter geldt dat voor N dat veenwater en meststoffen de boventoon voeren (beide ongeveer 35-40%), voor P is dat hetzelfde (25-45%). Oppervlakkige afvoer speelt op alle drie locaties een belangrijke rol bij de belasting van het oppervlaktewater, vooral voor P, waarvan het merendeel van de belasting van het oppervlaktewater via deze route het perceel verlaat. Aanbevolen wordt de hier gepresenteerde beschouwing over de drie projecten te herhalen en te verdiepen als ook het project op klei afgerond is. 2
Inhoudsopgave Samenvatting... 2 1 Inleiding... 4 1.1 Mestbeleid anno 2003: van verliesnormen naar gebruiksnormen...5 1.2 Locaties...6 1.3 Metingen...7 2. Resultaten... 9 2.1 DOVE zand...9 2.2 DOVE-klei...16 2.3 DOVE-veen...20 3 Vergelijking van de drie DOVE projecten... 30 3.1 De perceelsbalansen...30 3.2 Bijdrage van bemesting aan de belasting van het oppervlaktewater...33 3.3 Verliezen naar het milieu...36 3.4 Discussie...38 4 Tot slot... 43 5 Conclusies en Aanbevelingen... 51 5.1 Conclusies...51 5.2 Aanbevelingen...51 Referenties... 53 3
1 Inleiding In de loop van de laatste 2 decennia is het relatieve aandeel van de diffuse bronnen in de totale belasting van het open water met meststoffen toegenomen door een verbeterde efficiëntie van de AWZI s en sanering van puntbronnen. Daarmee is het speerpunt van de bestrijding van eutrofiëring verschoven van sanering van puntbronnen naar sanering van diffuse bronnen, waarvan de voornaamste de landbouw is (RIVM, 2002; Uunk, 1991). Echter, halverwege de jaren 90 werden door de waterschappen en de ministeries van LNV, VROM en V&W geconstateerd dat er voor de melkveehouderij weinig meetgegevens voorhanden zijn over de relaties tussen bedrijfsvoering, bemesting en nutriëntenoverschotten aan de ene kant en de belasting van het oppervlaktewater met N en P aan de andere kant. Als reactie op deze constatering werden 3 projecten gestart onder de verzamelnaam DOVE (Diffuse belasting Oppervlaktewater vanuit de Veehouderij). De DOVE projecten worden op 3 grondsoorten uitgevoerd: zand, veen en klei. Het project op zand is in 2003 afgesloten. Het project op klei is recent gestart, van dit project zijn kort geleden de meetresultaten van het eerste uitspoelingseizoen beschikbaar gekomen, dit project zal nog 2 jaar (dus tot 2005) voortgezet worden. Het DOVE veen-project was onderdeel van het veel meer uitgebreide Veenweide project, dat mogelijk een vervolg krijgt waarin aanvullende (effectgerichte) maatregelen zullen worden getoetst. De resultaten van het Veenweide project zijn juni 2004 op een symposium gepresenteerd. In het eindrapport (van den Eertwegh en van Beek, 2004) is ook veel aandacht voor de goede resultaten die de veehouders in de Vlietpolder hebben bereikt met het terugdringen van de mestoverschotten gedurende het project. In deze synthese zal de aandacht echter voornamelijk uitgaan naar de kwantitatieve inzichten die zijn verkregen in de routes die N en P vanaf het perceel richting oppervlaktewater doorlopen. Najaar 2003 is begonnen met het verzamelen van de basisinformatie voor de evaluatie meststoffenwet 2004. Vanuit deze evaluatie, en dan met name het deelproject Milieukwaliteit en Verliesnormen, is grote interesse in de resultaten van de DOVE projecten. Hoewel de projecten nog niet volledig afgerond zijn, kunnen de resultaten tot dusver zeker bijdragen aan het inzicht over de lotgevallen van nutriënten. Dit rapport is dan ook met name bedoeld om de inmiddels beschikbare kennis uit de DOVE-projecten in te brengen in de evaluatie meststoffenwet. Als het rapport op klei ook is afgerond, zal zeker een meer diepgaande synthese moeten worden uitgevoerd. Deze kan dan voedend zijn voor de volgende evaluatie meststoffenwet in 2007. 4
Na een samenvatting van de resultaten per project (hoofdstuk 2) zal in hoofdstuk 3 een vergelijking van de drie projecten gegeven worden. Op basis hiervan zal in hoofdstuk 4 ingegaan worden op de volgende vragen: Hoe groot is de bijdrage van de diverse bronnen van N en P aan de belasting van het oppervlaktewater voor elke locatie? Zijn de verschillen tussen de drie locaties verklaarbaar op basis van de verschillende bodemtypes en hydrologie? Hoe is de verdeling van het overschot over de diverse verliesroutes? (naar aanleiding van de uitspraak van het Europese Hof d.d. 2 oktober 2003): Is er een relatie aan te geven tussen het gebruik van mest en de belasting van het oppervlaktewater? Zijn de resultaten van de DOVE-projecten vertaalbaar naar andere locaties in Nederland? 1.1 Mestbeleid anno 2003/2004: van verliesnormen naar gebruiksnormen Doel van het meststoffenbeleid is de emissies van N en P dusdanig te verminderen, dat doelstellingen voor grond- en oppervlaktewater worden gerealiseerd en er geen verdere ophoping in de bodem plaatsvindt. Om dit te bereiken is in januari 1998 het instrument MINAS (MINeralen Aangifte Systeem) ingevoerd. Met MINAS wordt voor elk landbouwbedrijf jaarlijks het gemiddelde N en P verlies bepaald als verschil tussen de aanvoer en afvoer van nutriënten op bedrijfsniveau. Dit verschil mag niet hoger zijn dan de verliesnorm, een waarde die voor verschillende combinaties van landgebruik en bodemtype is vastgelegd in de meststoffenwet en die stapsgewijs aangescherpt werd. Dit beleid is ook opgenomen in het actieprogramma Nitraat; waarmee Nederland aangeeft hoe de doelstellingen van de Europese Nitraatrichtlijn hier ingevuld worden. Echter, het Europese Hof van Justitie heeft op 2 oktober 2003 geoordeeld dat het Nederlandse mestbeleid, zoals verwoord in het eerste actieprogramma Nitraat, niet in overeenstemming is met de Europese Nitraatrichtlijn. Nederland moet als gevolg van deze uitspraak haar beleid aanpassen, zodat wel voldaan wordt aan de eisen van deze richtlijn. Op grond van de Hofuitspraak heeft LNV besloten het systeem met verliesnormen (MINAS) in 2006 af te schaffen, en dan te vervangen door een systeem met gebruiksnormen. Dit is in globale termen verwoord in het 3e Nederlandse Actieprogramma Nitraat 2003-2007, dat eind december 2003 naar de Europese Commissie is verzonden. Een verdere invulling van dit beleid vindt onder meer plaats in de Werkgroep Onderbouwing Gebruiksnormen (WOG, onder de vlag van VROM en LNV met V&W als agendalid). Voor de 5
tussenliggende periode (2004/2005) is recentelijk een interim-programma naar de EC verstuurd, waarin een lichte aanscherping van de MINAS-normen voor fosfaat wordt aangekondigd, en een aantal stappen worden beschreven die de weg naar het nieuwe mineralenbeleid voorbereiden. Het stelsel van gebruiksnormen zal enerzijds een limiet stellen aan het totale gebruik van fosfaat en stikstof in mest en anderzijds aan het gebruik van dierlijke mest. De gebruiksnorm voor dierlijke mest is rechtstreeks afkomstig van de eisen uit de Nitraatrichtlijn (170 kg N/ha uit dierlijke mest.) Voor de gebruiksnorm voor de totale hoeveelheid stikstof uit mest (dus inclusief kunstmest), wordt een relatie gelegd tussen de aanvoer en afvoer (behoefte van het gewas) van mest. Hierbij zullen, zoals het voorstel er nu ligt, de landbouwkundige bemestingsadviezen leidend zijn. Voor fosfaat zullen gebruiksnormen voor de totale hoeveelheid P-bemesting primair worden afgeleid van de huidige verliesnormen. Het voornemen is, de fosfaatgebruiksnormen stapsgewijs aan te scherpen met maximaal 5 kg/ha/jaar, opdat in 2015 het niveau van evenwichtsbemesting is bereikt. Parallel hieraan wordt nog een ontheffingsaanvraag (derogatie) voor bedrijven met stikstofbehoeftige gewassen met een lang groeiseizoen (gras) ingediend. Voor deze bedrijven zal ontheffing worden gevraagd om 250 kg stikstof uit dierlijke mest per hectare op te mogen brengen in plaats van de in de richtlijn genoemde 170 kg N/ha/jaar. De inzichten uit de drie DOVE-projecten kunnen bijdragen aan een verdere onderbouwing van de invulling van dit beleid. 1.2 Locaties Om een zo breed mogelijk beeld te krijgen van de milieubelasting vanuit de melkveehouderij zijn de DOVE projecten op 3 verschillende grondsoorten uitgevoerd, zodoende zijn 3 locaties geselecteerd (Figuur 1). Om organisatorische redenen waren de looptijden van de 3 projecten verschillend (Tabel 1). Tabel 1. De locaties van de 3 DOVE deelprojecten en de looptijden. Deelproject Locatie Looptijd Zand Enschede 1999-2001 Veen Hoogmade/Woubrugge 1999-2003 Klei Waardenburg 2002-2005 Op de zand-locatie en de klei-locatie is het onderzoek voornamelijk op perceelsniveau (2,6 resp. 4 ha). Het project op veen is veel uitgebreider, het DOVE onderzoek (perceelsniveau, 3,2 ha) is hier 6
opgenomen in een onderzoek op bedrijfs- en polderniveau. De polder is ruim 200 hectare groot, 7 bedrijven hebben geparticipeerd in het onderzoek. Opname van het DOVE-project in dit grote veenweide project heeft een enorme meerwaarde voor het DOVE-project. Dit is ook terug te zien in de projectbeschrijvingen in dit rapport, waar de beschrijving van veen veel uitgebreider is dan die van de andere locaties. Voor de uiteindelijke synthese trachten we ons echter zoveel mogelijk te beperken tot het onderzoek op perceelsniveau, al zullen belangrijke conclusies uit het veenweide project wel vermeld worden. 2 1 3 Figuur 1. De bodemkaart van Nederland en de DOVE-onderzoekslocaties voor zand (1), veen (2) en klei (3). 1.3 Metingen Binnen de 3 DOVE projecten is gestreefd naar zoveel mogelijk uniformiteit in de metingen, desondanks zijn er verschillen in de meetprogramma s ontstaan. De belangrijkste metingen (d.w.z. metingen die bijdragen aan het inzicht in de relatie veehouderij - oppervlaktewaterkwaliteit) waren wel identiek voor de 3 locaties (Tabel 2). 7
Tabel 2. Belangrijkste bepalingen in de DOVE-projecten, een x geeft aan dat de meting verricht is. Analyse/bepaling Zand Veen Klei Opmerking Registratie perceelsbalansen x x x Stofvracht van perceel naar x Mogelijkheid tot bemonstering drain- en greppelwater proefsloot Stofvracht vanuit proefsloot x x x Grond- en x x x oppervlaktewaterstanden Oppervlakkige afspoeling x x x Mineralisatie bodem x x x Veen en zand: NLV 1 ; klei: aërobe incubatie Denitrificatie x x x Drukhoogten bodemvocht x x Samenstelling bodemvocht x x Samenstelling bovenste x x x Klei: nog geen gegevens beschikbaar grondwater Ammoniak vervluchtiging Op basis van literatuurgegevens/rekenregels 2 Atmosferische depositie Op basis van literatuurgegevens/rekenregels 3 Meteorologische gegevens x Samenstelling bodem x x x P ad- en desorptie-isothermen x x x Klei: nog geen gegevens beschikbaar NB. De meetprogramma s zijn aangepast aan de locale omstandigheden. Derhalve zijn er bij de deelprojecten (veel) meer metingen verricht dan genoemd in bovenstaand overzicht. 1) NLV is het stikstof leverend vermogen 2) Bosschloo, 1999 (ammoniak vervluchtiging) 3) Stolk/Bussink (atmosferische depositie) In de hierna volgende hoofdstukken worden (tenzij nadrukkelijk anders vermeld) de vrachten steeds uitgedrukt in kg N of kg P per hectare per jaar, en de concentraties als mg N of P per liter. 8
2. Resultaten 2.1 DOVE zand Het onderzoek op zand is uitgevoerd op locatie Den Pol, in de omgeving van Enschede. De 2 percelen waarop de metingen zijn verricht zijn in gebruik bij een van oudsher gemengd bedrijf (koeien, varkens, kippen, graan). De percelen, twee veldkavels en dus op afstand van de boerderij gelegen, zijn in de jaren 30 ontgonnen. Er is af en toe snijmaïs op geteeld, maar de percelen zijn sinds 1990 als grasland in gebruik geweest, met beweiding door jongvee. De 2 onderzoekspercelen zijn gescheiden door een perceelsloot, die uitmondt in een bermsloot. De resultaten van dit project zijn samengevat in het rapport DOVE-grasland op zand (STOWA, 2003). Figuur 2. Situatieschets inrichting proefpercelen DOVE- zand. 9
In het kader van het project Management op Duurzame Melkveehouderijbedrijven (anoniem, 1997, Beldman en Zaalmink, 1993) zijn bemestinggegevens op bedrijfsniveau beschikbaar van 1989 tot en met 1997. In die jaren zijn de overschotten op bedrijfsniveau sterk afgenomen: N is gehalveerd, van bijna 500 kg N/ha/jaar in 1989 naar 250 kg/ha/j in 1997, en P is zelfs nog sterker afgenomen, van 38 naar 16 kg P/ha/j. Omdat de onderzoekspercelen op afstand van de rest van het bedrijf liggen is het onderzoek gericht op het opstellen van perceelsbalansen en zijn er geen gegevens op bedrijfsniveau verzameld. Bodem en hydrologie De bodem bestaat uit een kalkloze zandgrond; leemarm en zwak lemig fijn zand. De Gt van de percelen is niet gelijk voor de percelen: perceel 8 heeft een Gt V, perceel 13 een Gt VI. Op een diepte van 3,5 meter onder het maaiveld is een ondoorlatende leemlaag van ongeveer een meter dik aanwezig, waardoor geen uitwisseling plaatsvindt van water en opgeloste stoffen met het diepere grondwater (geen kwel of wegzijging). De perceelssloot zal vooral het grondwater boven deze leemlaag draineren, terwijl de bermsloot het grondwater afvangt van het totale watervoerende pakket tot een diepte van 10 meter onder maaiveld (Meinardi, 2002). De toplaag van de beide percelen is op sommige plekken goed doorlatend, op andere plekken is de doorlatendheid minder goed, waardoor er in perioden met veel regen op die plekken water op het land staat. Een deel van dat water stroomt vervolgens oppervlakkig af (Meinardi, 2002). Op basis van modelberekeningen is de afvoer van water door de bodem naar het oppervlaktewater berekend, waarbij een onderscheid gemaakt is in een langzame en een snelle component, en oppervlakkige afstroming (run off). Voor de berekening is gebruik gemaakt van het model SWAP. De snelle component van afvoer vindt plaats via de bovenste 40 cm van de bodem, deze afvoer treedt op als de grondwaterstand hoger is dan 40 cm onder maaiveld. De hoeveelheid water die via oppervlakkige afstroming tot afvoer komt, is geschat op basis van de debieten in de meetgoot. Voor wat betreft de neerslag en de verdamping waren de twee jaren redelijk vergelijkbaar, de neerslag was in 2001 iets lager (847 in plaats van 920 mm). De actuele verdamping was beide jaren circa 530 mm. Uit de berekeningen blijkt dat het grootste deel van het neerslagoverschot via de langzame route door de bodem wordt afgevoerd. Een klein deel (iets meer dan 10 mm) wordt via de snelle route afgevoerd, dus door de bovenste 40 cm van de bodem. Oppervlakkige afspoeling speelt vooral in 2000 een belangrijke rol (59 mm); in 2001 is dit slechts de helft (32 mm). 10
In tabel 3 is de waterbalans gegeven. De afvoer door de bodem is in 2 componenten gesplitst. De snelle afvoer is de hoeveelheid neerslag die door de bovenste 40 cm van de bodem wordt afgevoerd. Deze afvoerroute treedt alleen op bij hevige regenval, als de grondwaterstand hoger is dan 40 cm onder maaiveld. De langzame afvoer is de hoeveelheid neerslag die dieper dan 40 cm beneden maaiveld wordt afgevoerd. Het grootste deel van het transport via de bodem vindt langs deze route plaats. Tabel 3, Waterbalans Locatie den Pol (zand)(uit: STOWA, 2003) IN UIT Debieten 2000 (mm) Debieten 2001 (mm) Neerslag 920 847 Totaal in 920 847 Verdamping 533 526 Uitspoeling, langzame component 331 285 Uitspoeling, snelle component 14 12 Oppervlakkige afvoer 59 32 Totaal Uit 937 855 Verschil (in Uit) -17-8 N en P Uit onderzoek van Schoumans en Zweers (2000) blijkt dat er grote ophoping van fosfaat in de bovengrond (0-20 cm mv) heeft plaatsgevonden. Circa 50% van de fosfaatvastleggingscapaciteit van de bouwvoor (0-20 cm mv) is verbruikt. Slechts een beperkt deel van het gebonden fosfaat kan echter makkelijk vrij komen. Waarschijnlijk zijn de laatste jaren de fosfaatgiften niet hoog geweest, waardoor een groot deel van het makkelijk opneembare fosfaat al door het gewas is opgenomen. Het aan de bodem gebonden fosfaat gaat relatief langzaam weer in oplossing, toch zijn de bijbehorende concentraties voldoende voor optimale opname door het gewas. Het stikstofleverend vermogen (NLV) van de bodem (de mineralisatie van organisch materiaal) verschilde sterk van plek tot plek, van minder dan 100 kg N/ha/jaar tot bijna 300 kg N/ha/jaar. Belangrijke oorzaak hiervoor was het grote verschil in vochtleverend vermogen van de bodem. Gemiddeld was het stikstofleverend vermogen ongeveer 150 kg N/ha/jaar, hetgeen goed overeenkomt met het gemiddelde voor grasland op een zandgrond (Oenema, 2002). Ten tijde van het veldonderzoek zijn iets lagere waarden dan 150 kg/ha gemeten, deze laatste actuele waarden zijn gebruikt voor de balansen (STOWA, 2003). 11
Ook de potentiële denitrificatie vertoont grote ruimtelijke variatie, van minder dan 10 tot meer dan 500 gram/ha/dag. Deze potentiële denitrificatie is omgerekend naar de actuele denitrificatie. De geschatte totale stikstofverliezen waren ongeveer 100 kg/ha/jaar (Oenema, 2002). De vervluchtiging van ammoniak is bepaald op circa 4 kg N/ha/jaar. Voor het opstellen van de balansen zijn zowel meetgegevens, als modelberekeningen gebruikt. Voor alle onderscheiden routes zijn de concentraties gemeten. De gemiddelde concentraties tijdens de hele looptijd van het project waren als volgt: Tabel 4.Gemiddelde concentraties N en P voor de periode 1999-2000 (STOWA, 2003). Water Concentratie stikstof (mg N/l) Concentratie fosfaat (mg P/l) Oppervlakkige afstroming Bodemvocht 0-40 cm diepte 26,3 15,0 3,48 0,28 Bodemvocht 50-200 cm diepte 19,0 0,07 Grondwater 12,6 0,31 Bodemvocht perceelsloot 13,6 0,06 Oppervlaktewater perceelsloot 13,0 0,27 Door het debiet per afvoerroute met de bijbehorende concentratie voor de respectievelijke jaren en percelen te combineren kan de vracht per route berekend worden. Daarmee zijn alle posten van de perceelsbalans in te vullen, hetgeen leidt tot het volgende resultaat: 12
Tabel 5. N perceelsbalans DOVE-zand (kg N/ha/jaar). (Beldman, 2003 en STOWA, 2003) IN UIT Perceel 13 Perceel 8 1999/2000 2000/2001 1999/2000 2000/2001 Kunstmest 172 103 186 113 Organische mest, totaal 263 243 197 237 Weidemest 98 41 82 88 Neerslag/natte depositie 18 16 18 16 Droge depositie 27 27 27 27 Mineralisatie bodem organisch materiaal 32 79 92 238 Stikstofbinding 0 0 0 0 Totaal in 610 509 602 719 Opname gras door vee 110 51 99 121 Oogsten gras 201 207 242 153 Uitspoeling, langzame component 63 54 63 54 Uitspoeling, snelle component 2 2 2 2 Oppervlakkige afstroming 9 5 9 5 Vervluchtiging NH3 5 3 4 5 N 2 (O) emissie 89 117 89 117 Totaal uit 479 439 508 457 Verschil (in - uit) 131 70 94 262 Voor N is de belangrijkste route de uitspoeling door de diepere bodemlagen (dieper dan 40 cm mv). De mineralisatie van organisch materiaal blijkt behoorlijk te variëren tussen de percelen en de jaren. De meting op perceel 8 in 2000/2001 is echter erg hoog, wat dan ook leidt tot een hoge restpost (verschil in uit). Dit meetpunt zou als een uitbijter beschouwd kunnen worden. Bij de vergelijking met de andere DOVE-projecten (H3), waar gemiddelde waarden worden gegeven, is deze meting dan ook niet meegenomen. 13
Tabel 6. P perceelsbalans DOVE-zand, vrachten in kg P/ha/jaar. (Beldman, 2003 en STOWA, 2003) IN UIT Perceel 13 Perceel 8 1999/2000 2000/2001 1999/2000 2000/2001 Organische mest, totaal 37.8 31.0 27.8 30.0 Weidemest 8.6 3.2 9.0 8.8 Neerslag/natte depositie 0.1 0.1 0.1 0.1 Droge depositie 0.0 0.0 0.0 0.0 Totaal in 46.5 34.3 36.9 38.9 Opname gras door vee 6.1 3.0 7.3 7.9 Oogsten gras 13.0 15.1 17.3 11.2 Uitspoeling, langzame component 0.2 0.2 0.2 0.2 Uitspoeling, snelle component 0.0 0.0 0.0 0.0 Oppervlakkige afstroming 1.8 1.0 1.8 1.0 Totaal uit 21.1 19.3 26.6 20.3 Verschil (in uit) 25.4 15.0 10.3 18.6 Hoewel slechts een relatief klein deel van het neerslagoverschot via oppervlakkige afstroming tot afvoer komt, is de bijdrage hiervan aan de totale belasting van de perceelsloot met P heel groot, omdat de concentraties heel hoog (meer dan 10 keer hoger dan de concentratie in het water dat door de bovenste bodemlaag tot afvoer komt, zie tabel 4) zijn. Een groot deel van het P wordt weer nuttig gebruikt op het perceel; circa 90% van de fosfor dat via mest op het perceel wordt opgebracht wordt opgenomen door het gras. Op basis van de berekende vrachten van de uitspoeling en de oppervlakkige afstroming kan de belasting van de perceelsloot berekend worden. Deze is in onderstaande tabel vergeleken met de berekende vracht van de afvoer van de perceelsloot (debiet vermenigvuldigd met de gemeten concentratie in de sloot). 14
Tabel 7. Belasting en afvoer van N en P van de perceelssloot. De belasting is berekend door een sommatie van de uitspoeling door de bodem en de oppervlakkige afstroming, de afvoer is bepaald uit de metingen die zijn verricht bij de stuw in de perceelssloot (kg/ha/j)(stowa, 2003) Jaar Belasting Perceelsloot Afvoer Perceelsloot N 1999/2000 74 62 2000/2001 61 37 P 1999/2000 2.0 1.1 2000/2001 1.2 1.3 De samenstelling van het oppervlaktewater is gedurende de uitspoelingseizoenen (van oktober tot april, in de jaren 1999 tot 2001) zowel in de perceelssloot als in de bermsloot gemeten. De gemiddelde concentraties zijn vermeld in tabel 8. Omdat het hier winterconcentraties betreft, zijn de waarden niet te toetsten aan de NW4-richtwaarden. Tabel 8. Gemiddelde fluxgewogen concentraties in perceelssloot en bermsloot gedurende de hele onderzoeksperiode.(stowa, 2003) Perceelssloot Bermsloot N totaal, mg N/l 13,0 5,1 P totaal, mg P/l 0,27 0,13 Tussen perceelsloot en bermsloot treedt al een behoorlijke kwaliteitsverbetering op. Deels kan dit verklaard worden doordat de bermsloot voor een deel gevoed wordt door water uit diepere bodemlagen (Meinardi, 2002), mogelijk speelt ook retentie in de sloot zelf hier ook een rol. 15
2.2 DOVE-klei De DOVE-klei locatie is gelegen in de Betuwe bij Waardenburg. Het geselecteerde melkveebedrijf is 34 ha met 60 koeien en ligt op zeer zware komklei met een GT III. Het proefperceel heeft een oppervlakte van circa 4 ha. Het perceel wordt gedraineerd met behulp van drains en greppels. De afvoer van de sloot en van greppels en drains wordt sinds medio 2002 continu gemeten. Daarnaast worden (laboratorium)metingen uitgevoerd ter bepaling van de mineralisatie, N 2 (O) emissie door denitrificatie en nitrificatie, fosfaatdynamiek en onderbouwing van het transport van water en opgeloste stoffen. Figuur 3: locatie Waardenburg (klei). Bodem en hydrologie Beschikbare gegevens ten aanzien van de uitspoeling van water en stoffen beperken zich tot de winterperiode (in 2002/2003: november tot en met februari). In de overige maanden is de afvoer naar de sloot verwaarloosbaar (Tabel 9). In de winter wordt ongeveer 60% van het water 16
afgevoerd via de greppels en 40% via de drains. Afvoer naar het grondwater wordt niet gemeten maar op basis van de wintercijfers mag geconstateerd worden dat deze verwaarloosbaar klein is. Tabel 9. Hydrologie Waardenburg (mm). Neerslag d Ref. verdamping d Neerslag overschot Afvoer sloot drains greppels Zomer 2002 a 256 253 3 0 0 0 Winter 02/03 b 282 31 251 245 95 145 Zomer 2003 c 337 584-212 24 8 22 a 1/7/2002 t/m 1/11/2002 b 1/11/2002 t/m 11/2/2003 c 11/2/2003 t/m 31/9/2003 d Neerslag (excl. evt. beregening in de zomer) en Ref. gewasverdamping (potentiële verdamping) gegevens zijn betrokken van het KNMI station Herwijnen. Dit station ligt op minder dan 10 km afstand van de locatie. De seizoensindeling is gebaseerd op: (i) de start van de metingen (1/7), (ii) de periode dat de greppels en drains water afvoerden (1/11 t/m 11/2) en (iii) de rest van de beschikbare periode. De winterperiode is zo gekozen om te voorkomen dat je bergingsverschillen krijgt: dus begonnen als de afvoer start en direct gestopt toen de afvoer ophield. N, P De fosfaattoestand van het perceel is laag, het P-Al getal voor de laag van 0-5 cm is ca.10. Gezien deze lage toestand mag deze grond als fosfaatfixerend worden beschouwd. Exacte cijfers met betrekking tot de verdeling van fosfaat over de diverse pools en fosfaatsorptieparameters zijn op dit moment nog niet beschikbaar. In 2002 was de totale input op het meetperceel 579 kg N/ha en 91 kg P/ha (Tabel 10). De afvoer bedroeg 279 kg N/ha en 45 kg P/ha. Hiermee lag het perceelsoverschot op 300 kg N/ha en 46 kg P/ha. De aan- en afvoer van N en P was vrij constant sinds 1999. Het hoge overschot op dit perceel heeft te maken heeft met de lage fosfaattoestand op deze gronden. De gift komt redelijk overeen met het bemestingadvies voor grasland met een lage fosfaattoestand. Tabel 10. Aan en afvoer van N en P op de meetlocatie in Waardenburg (kg/ha) Aanvoer Afvoer Overschot kunstmest drijfmest weidemest Atm. Dep. totaal N 2002 132 386 8 53 579 279 300 1999-2002 155 329 56 53 593 318 275 P 2002 24 67 0 0 91 45 46 1999-2002 19 56 8 0 83 43 40 17
Door middel van drains en greppels werd in de winter van 2002/2003 14 kg N/ha en 1,5 kg P/ha afgevoerd naar de sloot. De afvoer van de perceelssloot was duidelijk lager (7 kg N/ha en 1 kg P/ha). De standaarddeviatie in de afvoercijfers zijn vrij groot. Het grootste deel van de N verliezen (66%) en vrijwel alle P verliezen vinden plaats door afvoer via de greppels. De afvoer van N en P is gering ten opzichte van de aanvoer van N en P: 3% van het toegediende N en 1% van het toegediende P spoelt uit naar de perceelssloot. Ruim 1% van de N- en P-aanvoer op het perceel werd via de perceelssloot afgevoerd naar hoofdwatergangen (Tabel 11). Tabel 11. Afvoer van N en P (kg/ha/j), gemiddelde van 2 jaar. Sloot Drains + Greppels Drains Greppels N 6.8 13.5 4.5 9.0 P 1.1 1.5 0.4 1.1 De P-afvoer via greppels is relatief hoog ten opzichte van de drain-afvoer, dit kan voor een deel verklaard worden uit de wat hogere P toestand in de bovenste centimeters van het profiel. Ondanks de beperkte afvoer worden de richtinggevende waarden voor stikstof (2.2 mg/l)- en fosforconcentraties (0.15 mg/l) in het oppervlaktewater in de winterperiode overschreden (Tabel 12). Helaas ontbreken vooralsnog metingen in de zomer periode, die een betere toetsing aan deze waarden mogelijk zouden maken. Tabel 12. Fluxgewogen wintergemiddelde(1 november 2002 tot 11 februari 2003) concentraties (mg/l) van N en P Sloot Drains Greppels N 2.8 4.8 6.2 P 0.4 0.4 0.8 Uit de bovenstaande cijfers blijkt dat er een groot verschil is tussen het N- en P overschot en de belasting van het oppervlaktewater (Tabellen 10 en 11). Dit betekent dat een belangrijk deel van de N en P in de bodem wordt vastgelegd of omgezet (denitrificatie). In het project wordt naast het meten van de afvoer aandacht besteed aan het meten van de procesfluxen in de bodem. De cijfers zijn echter nog zeer prematuur. Een eerste schatting van de relevante N fluxen geeft aan er ca. 130 kg N/ha vrij komt door mineralisatie en 72 kg N/ha verdwijnt door denitrificatie. Daarnaast kan opslag van N in de vorm van stoppels en wortels op korte termijn ook leiden tot een extra opslag van N in de bodem. Voor P bedraagt het verschil tussen aan- en afvoer 46 kg P/ha. Deze hoeveelheid fosfaat wordt in de bodem vastgelegd door adsorptie en/of fixatie of door vastlegging 18
in organische vorm. Op dit moment zijn nog geen gegevens beschikbaar over de omvang van de diverse fosfaatpools in de bodem en de procesparameters die de vastlegging van fosfaat bepalen. Tabel 13. Stofbalans voor N en P in Waardenburg op perceelsniveau. N (kg/ha) P (kg/ha) Aanvoer 1 593 95 Opname 318 49 Overschot 275 46 Waarvan uit- en afspoeling 13.5 1.5 1) dit is exclusief de aanvoer als gevolg van de mineralisatie 19
2.3 DOVE-veen Het DOVE-veen project was een onderdeel van het overkoepelende Veenweide project van het Hoogheemraadschap Rijnland, waarin op 3 schaalniveaus metingen verricht werden: polder-, bedrijfs- en perceelsniveau. Op polderniveau (Figuur 4) werden metingen verricht aan het inlaatwater en het uitgeslagen water. Tevens werden metingen verricht aan het einde van de proefsloot. Voor een vergelijking met de andere twee DOVE-projecten is vooral het onderzoek op het onderzoeksperceel (Figuur 5) relevant. De locatie ligt op een koopveengrond met Gt IIa (GLG 50-80 cm mv; GHG < 25 cm mv): Op 3 tot 10 m beneden maaiveld ligt een dichte klei-veenlaag die de wegzijging in het gebied beperkt tot minder dan 25 mm/jaar (Meinardi, 2004). Gemaal Wijde Aa Meetstuw N Inlaat 1200 m Figuur 4. Metingen op polderniveau. De begrenzing van de Vlietpolder als systeem is aangegeven met de gestreepte lijn. 20
Figuur 5. Het proefperceel in de Vlietpolder. Het proefperceel is aan 3 kanten omsloten door sloten. Symbolen geven de meetapparatuur aan. Het onbemeste plot dient voor de mineralisatie metingen. De meetstuw (horizontale balk in proefsloot) ontvangt water van 4 percelen. Niet op schaal. Bodem en hydrologie Het grootste deel (ca 60%) van het neerslagoverschot komt tot afvoer naar de sloot via ondiepe stroombanen tussen maaiveld en 30 cm onder maaiveld. Deze route is bepalend voor de belasting van het oppervlaktewater vanuit het perceel. Circa 8 % van het neerslagoverschot spoelt over het maaiveld af. Slechts een klein deel van het neerslagoverschot (<10%) zijgt weg richting grondwater. Het restant (ca 20%) stroomt tussen 0,3 en 2,0 meter diepte richting sloot. N, P op bedrijfsniveau Op bedrijfsniveau zijn vooral registraties in nutriënten aan- en afvoer verricht ten behoeve van de mineralenbalans. Tevens zijn metingen aan de samenstelling van vers gras en dierlijke mest verricht op bedrijfsniveau. Om inzicht te krijgen in het gebruik van meststoffen in de Vlietpolder 21
hebben de veehouders zogenaamde graslandkalenders bijgehouden. Op deze kalenders is per dag en per perceel aangegeven welke landbouwkundige handelingen zijn uitgevoerd (Figuur 6). Figuur 6. Graslandkalender waarop de veehouders hun werkzaamheden per dag registreren. Deze graslandkalenders zijn geanalyseerd om data op perceelsniveau te verkrijgen en om verschillen tussen bedrijven en tussen percelen binnen bedrijven wat betreft de aan- en afvoer van nutriënten inzichtelijk te maken. Tevens waren N en P overschotten op bedrijfsniveau bekend. De gemiddelde perceels- en bedrijfsbalansen voor de Vlietpolder zijn weergegeven in Tabellen 14 en 15. 22
Tabel 14. Gemiddelde (± standaarddeviatie, n=6) N en P bedrijfsbalansen voor de jaren 1999, 2000 en 2001 (kg/ha/j). 1999 2000 2001 N P N P N P Kunstmest 222±42 14±8 190±38 10±8 157±22 6± 3 Krachtvoer 131±38 23±6 120±31 20±5 122±22 20± 3 IN Ruwvoer 20±24 3±4 18±13 2±2 23±6 3± 1 Vee 4±10 1±2 2±3 0±1 1±2 0± 0 Dierlijke mest 0±0 0±0 2±4 0±0 2±3 0± 0 Vee 12±2 3±1 10±3 3±1 12±4 3± 1 UIT Melk 81±20 14±4 77±15 13±3 78±7 13± 2 Dierlijke mest 13±25 2±3 2±3 0±0 2±2 0± 0 Overschot 271±44 22±10 243±28 16±9 213±28 13± 4 Tabel 15. Gemiddelde (± standaarddeviatie, n=65) N en P perceelsbalansen voor de jaren 1999, 2000 en 2001 (kg/ha/j). 1999 2000 2001 N P N P N P Kunstmest 216±67 9± 9 182±36 7± 8 153± 35 6± 10 Atmosferische depositie 31-31 - 31 - IN Drijfmest 156±69 25± 13 132± 83 21± 12 156± 84 21± 11 Weidemest 127±94 12± 8 134± 101 12± 9 100± 63 9± 6 Slootbagger 31±75 1± 3 35± 89 2± 3 33± 77 1± 3 Gemaaid gras 209±79 22±8 176± 84 19±8 206± 94 20± 8 UIT Begrazing 198±139 18± 11 214 ±147 19± 13 157± 90 14± 8 Overschot 154±137 7± 19 124± 104 4± 13 110± 125 3± 13 Onder invloed van MINAS zijn de kunstmestgiften in deze jaren behoorlijk teruggedrongen. Dit is een prima prestatie van de veehouders, maar kan wel enige invloed hebben op de resultaten van de praktijkproef, omdat hierdoor het bodemsysteem mogelijk enigszins uit evenwicht is. 23
Opvallend was dat de bedrijfsoverschotten (Tabel 14) hogere overschotten lieten zien dan de perceelsoverschotten (Tabel 15). Hiervoor zijn een aantal oorzaken te noemen, waarvan de belangrijkste zijn (zie ook Van Beek et al., 2003): - Verliezen in stallen - Spreiding tussen percelen - De perceelsbalansen werden gemaakt op basis van informatie aangeleverd door de veehouders middels de graslandkalenders (Figuur 6). Uit een analyse tussen de kunstmestaankoop (hard gegeven) en de kunstmesttoediening (door veehouder aangeleverd) bleek dat er een systematische onderschatting van de kunstmestgift werd gemaakt (zie ook Van Beek & Oenema, 2002). Het belangrijkste resultaat van dit deelonderzoek is dat verschillen tussen percelen groter zijn dan verschillen tussen bedrijven (de standaard deviatie is bij de percelen groter dan bij de bedrijven). Deze conclusie kan statistisch onderbouwd worden (Van Beek et al., 2003), maar blijkt ook uit Figuur 7, waarin de verschillende bedrijven eigenlijk niet onderscheiden kunnen worden. Perceelsoverschot kg N ha -1 y -1 450 0 no data Figuur 7. N overschotten op perceelsniveau voor het jaar 1999. Overschotten nemen toe van licht naar donker. N, P op het proefperceel Denitrificatie Gedurende de periode september 2000 tot september 2002 is maandelijks de denitrificatie van de bodem vanaf het maaiveld tot aan de grondwaterstand gemeten. De metingen werden verricht in 24
het proefperceel. Gemiddeld bedroeg de denitrificatie (gemeten m.b.v. acetyleen inhibitie) 87 kg N/ha/j; de totale vervluchtiging van N 2 (O) was 125 tot 230 kg N/ha/j. Dit is hoger dan tot nu toe gerapporteerde gemeten denitrificatieverliezen in landbouwgronden (Barton et al., 1999). In modelstudies voor veenweidegebieden met vergelijkbare mestgiften als bij DOVE-veen (Wolters & Hendriks, 2002) worden vergelijkbare N 2 (O) verliezen in landbouwveengronden berekend als op dit proefperceel zijn gemeten. Er loopt momenteel een project (Europeat; pers. Comm. Rob Hendriks) dat een nadere studie naar deze getallen doet. De afwijking met tot nu toe gemeten denitrificatieverliezen heeft te maken met het feit dat in het algemeen wordt aangenomen dat denitrificatie alleen plaatsvindt in de bovenste 20 cm. Voor veengronden blijkt deze aanname onjuist; in de Vlietpolder was 70% van de denitrificatie verliezen afkomstig van lagen dieper dan 20 cm. In de Vlietpolder is de denitrificatie tot aan de grondwaterstand gemeten, waardoor een wisselend aantal bodemlagen is bemonsterd afhankelijk van de diepte van de grondwaterstand. Het is aannemelijk dat ook onder de grondwaterstand nog enige denitrificatie plaatsvindt (Well et al., 2001), maar deze zal waarschijnlijk niet groot zijn, omdat de NO 3 concentraties in het grondwater zeer laag waren (<0.05 mg/l). Tevens bleek de algemeen geaccepteerde aanname dat een hogere grondwaterstand leidt tot meer denitrificatie onjuist. Beide aannamen (denitrificatie alleen in de bovengrond en verhoging van denitrificatie bij hogere grondwaterstand) zijn gebaseerd op de beperkte beschikbaarheid van elektronen donoren (organische stof) in de ondergrond, wat in de Vlietpolder niet het geval is. In de Vlietpolder was de grondwaterstand sturend voor de diepte waarop de meeste denitrificatie activiteit werd gevonden, de NO 3 concentratie bepaalde vervolgens de omvang van de denitrificatie (Figuur 8). 500 100 Denitrificatie (g N ha -1 d -1 ) 400 300 200 100 bodemlaag met hoogste denitrificatie (cm) 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 NO 3 (kg N ha -1 ) 0 0 20 40 60 80 100 Grondwaterstand (cm -mv) Figuur 8. Links: denitrificatie versus NO 3 gehalte van de bodem. Lijn geeft regressie weer, exclusief één uitbijter (aangegeven met pijl). De uitbijter werd veroorzaakt door een intensieve bemesting (veel NO 3 ) bij een relatief diepe grondwaterstand. Rechts: De bodemlaag met de 25
hoogste denitrificatie vs de grondwaterstand. Lijn geeft de 1:1 lijn aan. Data liggen onder de 1:1 lijn omdat er niet bemonsterd werd onder de grondwaterstand (m.a.w. de 1:1 lijn is een bovengrens). Naast denitrificatie bleek N 2 O productie tijdens de nitrificatie ook aanzienlijke emissies te realiseren. De geschatte totale vervluchtiging van N door nitrificatie en denitrificatie bedraagt 126-213 kg N/ha/j. Tevens is de denitrificatie in de proefsloot gemeten gedurende de periode september 2001 en augustus 2002. Hiervoor is uitgegaan van de methode van Chan & Knowles (1979), welke is aangepast aan de omstandigheden in de Vlietpolder (Figuur 9). Figuur 9: Meetopstelling voor het bepalen van de actuele denitrificatie in de proefsloot en het sediment van de Vlietpolder. De gemiddelde denitrificatie in de proefsloot bedroeg 0.96 g N m -2 y -1. Met een andere methode (gebruik makend van 14/15N isotopen) werd ook de denitrificatie in de proefsloot gemeten (de Klein en Gillissen, 2003). Deze methode gaf iets hogere resultaten, maar ook met deze methode bedroeg de verwijdering van N uit de proefsloot door denitrificatie niet meer dan 17% van de N aanvoer. De denitrificatie in de proefsloot was daarmee lager dan verwacht op basis van de resultaten van Roest en Groenendijk (1994). Verandering van de nutriëntenvoorraad in de bodem De verandering in de nutriëntenvoorraad in de bodem bestaat voor een groot deel uit mineralisatie van bodemorganische stof (voornamelijk veen, maar ook gewasresten en oude mest). De mineralisatie werd gemeten met behulp van zogenaamde nulveldjes. Deze veldjes (4, verspreid 26
over de Vlietpolder, waarvan 1 in het proefperceel) werden afgeschermd, zodat er geen vee bij kon en werden niet bemest met N. Regelmatig werd het gras gemaaid en geanalyseerd. Uit de N opbrengst van het gras kan de netto verandering van de N voorraad in de bodem worden berekend door te corrigeren voor denitrificatie en voor atmosferische depositie (Tabel 16). Door een recente bemestingsgeschiedenis kan er ook nog een bijdrage zijn van (oude) mest. De gemeten mineralisatie zal daarom een (lichte) overschatting geven van de mineralisatie van veen. Tabel 16. N opname nulveldjes en berekening van de verandering in de voorraad van organisch N en P in de bodem. 2000 2001 2002 2003 Opmerkingen A N opname door gewas 291±18 228±28 285±18 179±16 Metingen B Atmosferisch depositie 31 31 31 31 Metingen C Denitrificatie 20±5 40±12 23±8 33±10 Locatiespecifieke regressie vergelijking op basis van NO 3 gehalten bodem D Verandering in N gehalte 0 0 0 0 Metingen van de bodem E N verandering organische 280±19 232±30 278±20 181±5 A-B+C-D stof voorraad bodem P verandering organische stof voorraad bodem 12 10 12 8 E/23 (23 is de gemeten N:P verhouding van de veenbodem. Belasting van het oppervlaktewater Door landbouwkundige activiteiten vindt zowel direct (via het N en P overschot), als indirect(via ontwatering, hetgeen leidt tot verhoogde mineralisatie) belasting van de bodem plaats. Het grootste deel van de afvoer van N en P vanuit de bodem naar het oppervlaktewater vindt plaats via oppervlakkige afvoer of via zeer ondiepe stroombanen (tussen 0 en 30 cm mv). De oppervlakkige afspoeling over het maaiveld, gemeten met opvangplaten, bedroeg ca 10% van de N-afvoer en 15% van de P-afvoer van het perceel. Daarnaast spelen, in tegenstelling tot de andere twee onderzoekslocaties, ook een aantal andere routes een rol. Door de relatief hoge oppervlakteverhouding water:land kan de bijdrage van atmosferische depositie niet verwaarloosd worden. Bovendien speelt hier ook inlaat van water een rol, waardoor de bijdrage van verschillende routes ook een seizoensvariabiliteit vertoont. Naast af- en uitspoeling, inlaatwater en atmosferische depositie was er nog een directe bron van N en P op het water in de proefsloot. De Cl-balans van de polder liet namelijk een tekort zien, dat niet verklaard kon worden door bemesting of mineralisatie van veen. Deze extra aanvoerterm is 27
gevat in de term diffusie/dispersie uit diepere bodemlagen onder de ontwaterde laag van 1,5-2 m dikte. Onder deze laag zijn Cl, N en P concentraties veel hoger dan in de ontwaterde laag (Figuur 9). Het water in de ontwaterde laag heeft een andere samenstelling dan het diepe bodemwater door jarenlange doorspoeling van deze laag met het neerslagoverschot sinds de veenbodem in cultuur gebracht is. Zo heeft zich een waterlaag kunnen vormen, die qua chemische samenstelling duidelijk afwijkt van het oorspronkelijke veenbodemwater. Hoewel de Vlietpolder een licht wegzijgingsgebied is en er dus geen convectief transport plaatsvindt van de ondergrond naar boven en naar de sloot, kunnen nutriënten door diffusie/dispersie in de ontwaterde laag terechtkomen. In de Vlietpolder wordt ongeveer 90% van het neerslagoverschot afgevoerd naar het oppervlaktewater door de bovenste m van de bodem (Meinardi, 2003). Aangezien 1 m mv ongeveer overeenkomt met de diepte van sloot, kan aangenomen worden dat 10% van de afvoer de sloot bereikt via diepere stroombanen onder de slootbodem. Deze stroombanen kunnen bij tijd en wijle het nutriëntrijke veenbodemwater doorkruizen en kunnen zo voor een aanzienlijke belasting van het oppervlaktewater zorgen. Een inschatting van de omvang van deze aanvoer van N en P naar het oppervlaktewater is verkregen door N en P concentraties net onder de sloot te vermenigvuldigen met 10% van de afvoer. Hieruit volgde een jaarlijkse N en P vracht naar de sloot van 32 kg N/jaar (=10 kg N/ha/j) en 15 kg P/jaar (= 4.7 kg P/ha/j). Seizoensanalyse. In de zomer zijn voor N met name de meststoffen (15-30%), het veenwater (20-40%) en het inlaatwater (10-20%) van belang. Voor P zijn gedurende de wateraanvoersituatie in de zomer met name veenwater (25-50%), inlaatwater (30-35%), en de meststoffen (25-40%) van belang. In de winter geldt dat voor N dat veenwater en meststoffen de boventoon voeren (beide ongeveer 35-40%), voor P is dat hetzelfde (25-45%). Deze seizoensvariabiliteit is van wezenlijk belang bij het bepalen van geschikte maatregelen. Immers, in het seizoen dat het watersysteem het gevoeligst is voor overschrijding van de richtinggevende waarden, is de invloed van inlaat van water vergelijkbaar met die van bemesting en afbraak van veen. Daar kan, gezien de verblijftijd in de boezem meer dan een jaar is, overigens de kanttekening bijgeplaatst worden, dat een groot deel van de nutriënten die in vanuit de boezem weer de polder in worden gelaten, in het winter seizoen met het uitgeslagen water uit de polder zijn afgevoerd. In onderstaande tabel is deze seizoensvariabiliteit in meer detail weergegeven. 28
Tabel 17. Relatieve bijdrage van N en P-bronnen aan de belasting van het oppervlaktewater in de Vlietpolder (%), verdeeld over winter- en zomer-situatie, voor de periode januari 2000- maart 2003 (van den Eertwegh en van Beek, 2004). Bron N P Winter zomer winter Zomer Atmosferische 3-4 10-15 < 1 < 5 depositie Inlaatwater 0-3 10-20 0-4 30-35 Meststoffen 35-40 15-30 30-45 25-40 Mineralisatie 10-20 10-20 10-15 10-15 Veenwater 35-45 20-40 30-40 25-50 Op basis van het bovenstaande kan de N en P balans voor de proefsloot worden opgesteld. Tabel 18. Gemiddelde N en P balans van de proefsloot (kg/j) voor de jaren 2001 en 2002. Het vanggebied van de proefsloot is 3.2 ha. N P Aanvoer naar sloot Uitspoeling 107.8 3.7 Veenwater 32 15 Atmosferische depositie op water 7.4 <1 Inlaat water 6.1 1.1 Kwel 0 0 Totaal 153.3 19.8 Afvoer uit de sloot Denitrificatie in proefsloot 2.3 - Baggertoediening 48 4.8 Afvoer proefsloot 103 15 Totaal 153.3 19.8 De bijdrage van de inlaat van gebiedsvreemd water is (jaargemiddeld) beperkt ten opzichte van de overige bronnen. Het kan in de zomerperiode, zoals hierboven beschreven, echter een rol van betekenis zijn, als de aanvoer via andere routes beperkt is. 29
3 Vergelijking van de drie DOVE projecten 3.1 De perceelsbalansen Qua intensiteit van bemesting zijn de projecten op zand en veen redelijk vergelijkbaar, de mestgift op klei, en dan met name de hoeveelheid dierlijke mest, lag beduidend hoger (Tabellen 19 en 20). De locaties kunnen alledrie getypeerd worden als ondiepe hydrologische systemen, met weinig of geen interactie met het regionale grondwater. Het merendeel van de uitspoeling verloopt via greppels en drains (klei), of door de bovenste 30 centimeter van de bodem (veen). Ook bij de zandlocatie wordt door aanwezigheid van een ondoorlatende laag op 3,5 m mv het hele neerslagoverschot richting oppervlaktewater afgevoerd. De belasting van het grondwater is dientengevolge gering en de belasting van het oppervlaktewater relatief groot. In Tabel 19 (N) en 20 (P) zijn de belangrijkste resultaten van de 3 projecten voor stikstof en fosfor samengevoegd. Stikstof Tabel 19. Gemiddelde N perceelsbalans (N aanvoer en N afvoer in de wortelzone) voor de 3 DOVE projecten (kg/ha/j). De getallen zijn de totale hoeveelheden N in kg/ha/jaar. DOVE Zand DOVE Veen DOVE Klei Aanvoer Dierlijke mest, drijfmest 236 171 329 Dierlijke mest, weidemest 77 126 56 Kunstmest 143 204 155 Netto Mineralisatie Organisch N 1 68 268 130 Depositie 44 31 53 Totaal 568 800 723 Afvoer Maaien+grazen 295 369 318 Overschot Aanvoer - Afvoer 273 431 405 NH 3 vervluchtiging 4 12 15 N( 2 )O door denitrificatie 103 170 72 Oppervlakkige afspoeling 7 17 9 Uitspoeling naar oppervlaktewater 61 27 5 Uitspoeling naar grondwater 2 0 4 0 totaal gemeten deel van overschot 175 230 101 niet gemeten deel van overschot 98 201 304 1) bij zand en veen is de netto mineralisatie bepaald d.m.v. de NLV-bepaling. Bij klei is de mineralisatie bepaald middels aërobe incubatie2) Dit is de wegzijging bij de veenlocatie 30
De bedrijven die aan het onderzoek deelnamen voldeden alledrie aan de op dat moment geldende MINAS-normen. Desalniettemin zijn de overschotten van de percelen hoog, zeker voor N. Bij veen wordt dit in belangrijke mate veroorzaakt door de mineralisatie van het veen, een interne bron die op bedrijfsniveau niet in beeld wordt gebracht. Het overschot verdeelt zich over een groot aantal verliesposten. De grootte van deze posten is zoveel mogelijk bepaald aan de hand van metingen in het veld. Op deze manier is ongeveer 25% (klei) tot meer dan 70% (zand) van het overschot bepaald. De rest van het overschot (36% (zand), 47% (veen) en 75% (klei) van de aanvoer werd niet teruggevonden in de afvoer. De post niet gemeten deel van het overschot kan voor wat betreft N voor een groot deel verklaard worden door onzekerheden bij de bepaling van mineralisatie (overschatting) en de bepaling van de denitrificatie (waarschijnlijk onderschat). mate van opslag van N in de wortelmassa en het organisch stof in de bodem (immobilisatie). De eerste twee punten worden hieronder nader toegelicht: Bij de meting van mineralisatie wordt altijd, naast de mineralisatie van het aanwezige organische stof, ook een stukje mineralisatie van de langzamer werkende fractie van mestgiften van voorgaande jaren. Dit geeft een dubbeltelling aan de aanvoer kant van de balans, omdat in de balans de totale hoeveelheid N die met de mestgift is opgebracht is opgenomen. In het geval van de kleilocatie speelt dit extra, omdat daar de mineralisatie op een recentelijk bemest stuk grond bepaald is (in tegenstelling tot zand en veen waar voorafgaand aan de bemesting een stuk land werd afgezet). Op de kleilocatie wordt de gemeten mineralisatie dus waarschijnlijk grotendeels bepaald door de N uit dierlijke mest, en is de werkelijke totale aanvoer op het perceel lager dan in de balans is vermeld.verdere metingen de komende twee jaar moeten voor klei tot een betere schatting van de werkelijke mineralisatie van organisch stof kunnen leiden. Bij de meting van denitrificatie wordt doorgaans alleen de denitrificatie in de toplaag van de bodem bepaald. Het blijkt echter dat ook diepere lagen in de bodem, mits er voldoende organisch stof aanwezig is, aan de denitrificatie kunnen bijdragen. Bovendien is het een ruimtelijk heel heterogeen verdeeld proces, met hot-spots die meer dan evenredig bijdragen aan de verliezen via deze route. Voor de veenlocatie is de denitrificatie op basis van de metingen geschat tussen de 123 en 213 kg N/ha/jaar. Dit is waarschijnlijk nog een onderschatting, gezien het feit dat de AIT methode doorgaans een onderschatting van de denitrificatie geeft (Bollmann & Conrad, 1997). Op 31
de klei-locatie is de denitrificatie bovendien alleen in de bovenste 10 cm gemeten wat, gezien het bovenstaande, ook een aanzienlijke onderschatting kan opleveren. Op basis van berekeningen van de actuele denitrificatie volgens Hénault & Germon (2000) op basis van gemeten potentiële denitrificatie snelheden blijkt dat de denitrificatie op kleilocatie zelfs kan oplopen tot 450 kg N/ha/j. Duidelijk is, dat zowel op de veenlocatie als op de kleilocatie de denitrificatie op basis van de huidige metingen nog onderschat is. In sommige studies wordt alleen gewerkt met het werkzame deel van de dierlijke mest. Als dat voor deze drie studies wordt gedaan, is de balans voor zand vrijwel sluitend, voor veen en klei blijft er echter een behoorlijk deel ongemeten. Een nadeel van het gebruik van een werkzame fractie is dat deze fractie (van 60 %) een default waarde is die niet gebaseerd is op metingen op de individuele locaties. Daarnaast moet rekening worden gehouden met het feit dat de nietwerkzame fractie in de bodem wordt opgeslagen en op termijn door mineralisatie weer vrij zal komen. Daarom is in deze synthese alleen gewerkt met de totale hoeveelheden bij de aanvoer van mest. Fosfor Tabel 20. Gemiddelde P perceelsbalans (P aanvoer en afvoer in de wortelzone) voor de 3 DOVE projecten. Alle posten zijn gegeven als kg P/ha/jaar. DOVE Zand DOVE Veen DOVE Klei Aanvoer Dierlijke mest, drijfmest 32 24 56 Dierlijke mest, weidemest 7 13 8 Kunstmest 0 9 19 Mineralisatie 0 11 0 Totaal 39 57 83 Afvoer Maaien+weiden 20 39 44 Overschot Aanvoer Afvoer 19 18 39 Oppervlakkige afspoeling 1.4 2.2 1.1 Uitspoeling naar oppervlaktewater 0.2 3.6 0.4 uitspoeling naar grondwater 0 0.4 0 totaal gemeten deel van het overschot 2 6.2 2 niet gemeten deel van het overschot 18 13 37 32