De stikstofcyclus verstoord: een ecologische kijk op de Nproblematiek INBO Luc De Keersmaeker Inhoud Stikstofcyclus en stikstofdepositie Stikstofcyclus: open en complex Kritische Depositie Waarde (KDW) PAS in grote lijnen Effecten van Ndeposities Vermesting van habitat Verzuring van habitat Wijziging stikstofbron Specifieke effecten op soorten Mitigatie door herstelbeheer Herstelbeheer op habitatniveau Herstelbeheer op landschapsschaal Is herstelbeheer effectief en duurzaam? 1
Stikstofcyclus Focus op agrarisch systeem NH 4 + Stikstofcyclus Stikstofoverschot in Vlaanderen > 80 kg (> 150) ha1 yr1 2
Stikstofcyclus Evolutie van stikstofdepositie De Haan, B.J., Kros, J., Bobbink, R., van Jaarsveld, J.A., De Vries, W. & Noordijk, H. 2008. Ammoniak in Nederland. Rapport Planbureau voor de leefomgeving, 500125003, Bilthoven. Kritische Depositie Waarde Definitie : een kwantitatieve schatting van de blootstelling aan verontreinigende stoffen, waar beneden geen significante schadelijke effecten optreden aan gespecificeerde gevoelige elementen in het milieu Oplijsting van KDW s voor Ndepositie op N2000 habitat KDW s zijn habitatspecifiek: Zeer gevoelig (<20 kg/ha/yr) Gevoelig (20 <34 kg/ha/yr) Minder of niet gevoelig ( 34 kg/ha/yr) van Dobben H F, Bobbink R, Bal D & van Hinsberg A (2012) Overzicht van kritische depositiewaarden voor stikstof, toegepast op habitattypen en leefgebieden van Natura 2000. Alterrarapport 2397, Wageningen, NL 3
Kritische Depositie Waarde Minder of niet gevoelig (> 34) Gevoelig (20) PLASSEN GRASLANDEN Zeer gevoelig (< 10) Zeer gevoelig (< 8) van Dobben H F, Bobbink R, Bal D & van Hinsberg A (2012) Overzicht van kritische depositiewaarden voor stikstof, toegepast op habitattypen en leefgebieden van Natura 2000. Alterrarapport 2397, Wageningen, NL PAS in grote lijnen Overschrijding KDW s voor Ndepositie op habitat gelegen in de Speciale Beschermingszones (SBZ s) 28267 ha / 40815 ha = 69% * Dreigende vergunningsstop Programmatische Aanpak Stikstof (PAS) Brongerichte maatregelen Effectgerichte (mitigerende) maatregelen Herstelbeheer Habitat robuuster te maken tegen de gevolgen van Ndeposities * Cools N., Wils C., Hens M., Hoffmann M., Deutsch F., Lefebvre W., Overloop S., Vancraeynest L. & Van Vynckt, I. (2015). Atmosferische stikstofdepositie en Natura 2000 instandhoudingsdoelstellingen in Vlaanderen. Verkennende gewestelijke ruimtelijke analyse van de ecologische impact, van sectorbijdragen en van de bijdrage van individuele emissiebronnen. (INBO.R.2015.6897993. Instituut voor Natuur en Bosonderzoek, Brussel. 4
Effecten van Ndeposities Toxische effecten NH 3 (gas) Vermestende effecten beschikbaarheid s kstof Verzurende effecten tekorten van basen in bodem (Ca, K, Mg) toxische stoffen (metalen, H + ) verhouding NH4 + /NO3 Specifieke effecten op soorten Complexe verstoringsketens Toxische effecten van NH 3 (gas) 0.4 µg m 3 NH3 ~10 µg m 3 NH3 Sutton M. A., Leith I. D., Bealey W. J., van Dijk N. and Tang Y. S. (2011) Moninea Bog Case study of atmospheric ammonia impacts on a Special Area of Conservation In: W.K. Hicks, C.P. Whitfield, W.J. Bealey and M.A. Sutton (eds.) Nitrogen Deposition and Natura 2000: Science & practice in determining environmental impacts. COST729/Nine/ESF/CCW/JNCC/SEI Workshop Proceedings 5
Vermestende effecten Gewijzigde competitieverhoudingen (bvb grassen kruiden) Bobbink & Willems (1987) Increasing Dominance of Brachypodium pinnatum (L.) Beauv. in Chalk Grasslands: A Threat to a Speciesrich Ecosystem. Biological Conservation 40: 301314. Jacquemyn et al. (2003) Shortterm effects of different management regimes on the response of calcareous grassland vegetation to increased nitrogen. Biological Conservation 111 (2003) 137 147 Geen extra N 100 kg N ha1 yr1 Verzurende effecten Daling van bodemzuurtegraad (vb Ravels) De Schrijver et al. (1998) Soil acidification along an ammonium deposition gradient in a Corsican Pine stand in northern Belgium. Environmental Pollution 102, 427431 6
Verzurende effecten Effecten progressieve bodemverzuring Aangepast naar Ulrich, B. 1981. Okologische Gruppierung von Boden nach ihrem chemischen Bodenzustand. Z. Pflanzenernähr. Bodenk. 144: 289305. Tekorten: Ca, Mg, K, (P) Toxiciteit: Al, andere metalen, H + Verzurende effecten Verschuiving in de vegetatie (vb Meerdaalwoud) Baeten et al. (2009) Herb layer changes (19542000) related to the conversion of coppicewithstandards forest and soil acidification. Applied Vegetation Science 12, 187 197 7.0 ph 2000 6.0 5.0 4.0 toxiciteit 4.0 5.0 6.0 ph 1954 7.0 7
Wijziging stikstofbron Door vertraging nitrifica e verhouding NH4 + /NO3 De Graaf, M.C.C., R. Bobbink, J.G.M. Roelofs & P.J.M. Verbeek 1998. Differential effects of ammonium and nitrate on three heathland species. Plant Ecology 135: 185196. Gecombineerde effecten Relatie N depositie soortenrijkdom (habitat 6230) Stevens, C.J., Duprè, C., Dorland E. et al. 2010. Nitrogen deposition threatens species richness of grasslands across Europe. Environmental Pollution 158: 29402945. 8
Specifieke effecten op soorten N en mineralen Aminozuursynthese Vitamine B2 Broedsucces van den Burg A, Dees A, Huigens T, Bijlsma RJ, de Waal R (2014) Voedselkwaliteit en biodiversiteit in bossen van de hoge zandgronden 2014 Directie Agrokennis, Ministerie van Economische Zaken Rapport nr. 2014/OBN186DZ Herstelbeheer op habitatniveau Voorbeeld: Aanleg van een schermvegetatie Scherpe rand: veel turbulenties Wuyts et al. (2008) Comparison of forest edge effects on throughfall deposition in different forest types. Environmental Pollution 156 (3), 85486 Wuyts et al. (2008) The impact of forest edge structure on longitudinal patterns of deposition, wind speed, and turbulence. Atmospheric Environment 42 (2008) 8651 8660 Boshabitat 23x Depositiedruk in bosrand 9
Herstelbeheer op habitatniveau Voorbeeld: Aanleg van een schermvegetatie Oplopende rand: meer laminaire stroming Wuyts et al. (2008) Comparison of forest edge effects on throughfall deposition in different forest types. Environmental Pollution 156 (3), 85486 Wuyts et al. (2008) The impact of forest edge structure on longitudinal patterns of deposition, wind speed, and turbulence. Atmospheric Environment 42 (2008) 8651 8660 Boshabitat 50 m 40% depositiedruk Herstelbeheer op landschapsschaal Voorbeeld: Functionele verbindingen herstellen Metapopulaties vs geïsoleerde populaties 1 2 3 Honnay et al. (1999) Effects of area, age and diversity of forest patches in Belgium on plant species richness, and implications for conservation and reforestation. Biological Conservation 87, 7384 Jamoneau et al. (2012) Fragmentation alters betadiversity patterns of habitat specialists within forest metacommunities. Ecography 35, 124133 10
Herstelbeheer op landschapsschaal Voorbeeld: Functionele verbindingen herstellen kans op lokaal uitsterven N emissie 1 2 3 Herstelbeheer op landschapsschaal Voorbeeld: Functionele verbindingen herstellen Noodzaak voor herstel na daling Ndeposities N emissie 1 2 3 Clark & Tilman (2010) Recovery of plant diversity following N cessation: effects of recruitment, litter, and elevated N emissie N cycling, Ecology 91(12): 36203630 11
Herstelbeheer op landschapsschaal Voorbeeld: Hydrologisch herstel Voor >50% habitattypes en ong. 30% oppervlakte is de hydrologie essentieel (> 90% SBZH) Voorbeeld: beekvallei Fe 2+ Ca 2+ Mg 2+ K + HCO 3 veen Herstelbeheer op landschapsschaal Voorbeeld: Hydrologisch herstel Deposities: directe vermesting en verzuring Indirecte vermesting (o.a. via zwavelbrug) NH 4 + NO 3 (SO 4 2 ) NH 4 + NO 3 (SO 4 2 ) PO 4 3 NO 3 veen Fe 2+ Ca 2+ Mg 2+ SO 4 2 K + HCO 3 pyriet NO 3 Smolders et al. 2010. How nitrate leaching from agricultural lands provokes phosphate eutrophication in groundwater fed wetlands: the sulphur bridge. Biogeochemistry 98 (13): 17. 12
Herstelbeheer op landschapsschaal Voorbeeld: Hydrologisch herstel Denitrificatie: NO 3 => N 2 (reductie) Vastlegging PO 2 4 aan Ca 2+ en Fe 2+ (oxidatie) Ondiepe drainage: afvoer SO 2 4 Buffer door basische kationen en bicarbonaat NH 4 + NO 3 (SO 4 2 ) Amplitude Hoogte SO 4 2 NH 4 + NO 3 (SO 4 2 ) N 2 NO 3 Fe 2+ PO 2 4 Ca 2+ Mg 2+ K + Kwaliteit HCO 3 Herstelbeheer: hoe goed werkt het? Effectiviteit en duurzaamheid specifiek voor habitattype! Habitats waarvoor effectiviteit goed is natte systemen met (matig) basenrijk grondwater Bvb laagvenen en natte (matig) voedselrijke graslanden Habitats waarvoor weinig duurzaam systemen enkel aangewezen op neerslagwater hoogvenen, zeer voedselarme en zure vennen en plassen Vaak: vermesting en verzuring niet samen te remediëren Bekalken tegen verzuring zorgt voor vermesting Bos: verhoogde biomassaoogst (N export) verzuurt 13
Herstelbeheer: hoe goed werkt het? Habitats waarvoor weinig duurzaam: baggeren vennen Een gebrekkig herstel treedt vooral op in gebieden waar de atmosferische depositie nog hoog is. Voor de lange termijn overleving van de meest kritische soorten blijft het halen van op zijn minst de kritische depositiewaarden waarschijnlijk een vereiste. Zeer gevoelig (< 8) Brouwer E, van Kleef H, van Dam H, Loermans J, Arts G, Belgers D (2009) Effectiviteit van herstelbeheer in vennen en duinplassen op de middellange termijn. Directie Kennis en Innovatie, Ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit Rapport DKI nr. 2009/dki 126O 14