Beperking van lachgasemissie door water- en peilbeheer en bij beregening

Beperking van lachgasemissie door water- en peilbeheer en bij beregening

In de serie ‘Reductie Lachgasemissie door ontwikkeling van Best Management Practices’ zijn verschenen: 560.1 Beperking van lachgasemissie uit beweid grasland 560.2 Beperking van lachgasemissie uit bemeste landbouwgronden 560.3 Beperking van lachgasemissie uit gewasresten 560.4 Beperking van lachgasemissie door gebruik van klaver in grasland 560.5 Beperking van lachgasemissie na scheuren en bij vernieuwing van grasland 560.6 Beperking van lachgasemissie door waterbeheer en bij beregening

Onderzoek uitgevoerd in opdracht van NOVEM, Utrecht (nummer 374299/0061 en 0373-01-01-02-006/4700001168)

2

Alterra-rapport 560.6

Beperking van lachgasemissie door water- en peilbeheer en bij beregening Eindrapport voor Reductieplan Overige Broeikasgassen Landbouw Cluster 1

F.J.E. van der Bolt J.G. Kroes P.J. Kuikman

Alterra-rapport 560.6 Alterra, Wageningen, 2004

REFERAAT Bolt, F.J.E. van der, J.G. Kroes & P.J. Kuikman, 2004. Vermindering van de emissie van lachgas door water- en peilbeheer en bij beregening. Eindrapport Reductieplan Overige Broeikasgassen Landbouw Cluster 1. Wageningen, Alterra, Alterra-rapport 560.6. 54 blz.; 2 tab.; 11 ref. In het kader van het Reductie Plan Overige Broeikasgassen (ROB Landbouw) zijn de mogelijkheden voor het verminderen van de emissie van lachgas (N2O) uit als gevolg van water- en peilbeheer en beregening bestudeerd. In de periode tussen augustus 2000 en juli 2003 zijn door middel van proeven effecten van een aantal ingrepen in water- en peilbeheer en met betrekking tot beregening op de veranderingen in de N2O-emissie onderzocht. In dit rapport worden de resultaten van het onderzoek gepresenteerd. Het blijkt moeilijk de effecten van waterbeheer op de emissie van lachgas te meten. De emissie verloopt via kort durende maar hoge pieken. Uit incidentele metingen kan de jaarlijkse emissie niet goed worden geschat. Modellen kunnen worden gebruikt om de variatie in de tijd te analyseren. Daartoe moeten wel de hydrologisch relevante variabelen worden gemeten. Een integrale analyse van de effectiviteit van de maatregelen samen met die van maatregelen uit andere ROB-projecten is nodig om interacties tussen maatregelen en risico’s van afwenteling naar andere emissies (zoals methaan, ammoniak en nitraat) te kwantificeren. Verhogen van de oppervlaktewaterpeilen in veengebieden is de meest perspectiefvolle maatregel. Dit effect wordt in belangrijke mate veroorzaakt doordat de mineralisatie van veen afneemt bij minder diepe waterstanden. Trefwoorden: beregening, broeikasgassen, emissiereductie, lachgas, landbouw, peilbeheer, stikstof, waterbeheer, ISSN 1566-7197 Dit rapport kunt u bestellen door € 13,- over te maken op banknummer 36 70 54 612 ten name van Alterra, Wageningen, onder vermelding van Alterra-rapport 560.6. Dit bedrag is inclusief BTW en verzendkosten.

© 2004 Alterra Postbus 47; 6700 AA Wageningen; Nederland Tel.: (0317) 474700; fax: (0317) 419000; e-mail: [email protected] Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Alterra. Alterra aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele schade voortvloeiend uit het gebruik van de resultaten van dit onderzoek of de toepassing van de adviezen.

4

Alterra-rapport 560.6 [Alterra-rapport 560.6/03/2004]

Inhoud

Woord vooraf

7

Samenvatting

9

1

Inleiding en doelstelling

11

2

Sturende factoren

13

3

Overzicht maatregelen en kennishiaten

15

4

Resultaten van experimenteel onderzoek 4.1 Relatie tussen bodemvochtgehalte en lachgasemissie 4.2 Beregening 4.3 Peilbeheer 4.3.1 Effect peilbeheer op de emissie van lachgas uit zand 4.3.2 Effect peilbeheer op de emissie van lachgas uit veen

17 18 19 20 20 22

5

Nieuwe inzichten 5.1 Sturende factoren 5.2 Variatie in tijd en ruimte 5.3 Meten van emissies 5.4 Modelleren van emissies 5.5 De indirecte emissie van lachgas

25 25 26 27 27 28

6

Evaluatie van maatregelen 6.1 Beregening 6.2 Peilbeheer

31 31 32

7

Conclusies en selectie van perspectiefvolle maatregelen

33

Literatuur

35

Aanhangsel 1 Overzicht van proeven in ROB Landbouw project 1.6 Waterbeheer 37 Aanhangsel 2 Emissie van lachgas uit veengronden

39

Aanhangsel 3 Incubatieproef

41

Aanhangsel 4 Veldproef Droevendaal

43

Aanhangsel 5 Beregeningsproef Droevendaal

45

Aanhangsel 6 Peilbeheer Zegveld

47

Aanhangsel 7 Peilbeheer Ny Bosma-Zathe

49

Aanhangsel 8 Peilbeheer Vredepeel

51

Aanhangsel 9 Berekening van N-productie door maaivelddaling

53

Woord vooraf

Het werk voor dit project is uitgevoerd door Alterra in nauwe samenwerking met Praktijkonderzoek Veehouderij in Lelystad. Daarbij zijn metingen uitgevoerd op proefboerderijen in Wageningen, in Zegveld, en in Vredepeel. De metingen zijn uitgevoerd door medewerkers van Alterra en door medewerkers van PV waarvoor dank. De verantwoordelijkheid voor de verwerking van resultaten en voor de rapportage ligt bij Alterra.


7

Samenvatting

In het kader van Cluster 1 (Best Management Practices) van het Reductie Plan Overige Broeikasgassen (ROB Landbouw) wordt een vermindering van de lachgasemissie uit verschillende bronnen beoogd door middel van het ontwikkelen en toetsen van maatregelen. In het kader van het ROB-project 1.6 (Vermindering van de lachgasemissie als gevolg van waterbeheer en beregening) wordt gezocht naar maatregelen in water- en peilbeheer en bij beregening waarmee de lachgasemissie wordt verminderd. In 2000 is een systeemanalyse uitgevoerd waarin de invloed van waterbeheer en beregening op de emissie van lachgas uit landbouwgronden zijn geïnventariseerd (Kroes et al., 2000). Op basis van de systeemanalyse, adviezen van de begeleidingscommissie1 van ROB Landbouw en mogelijkheden tot aansluiten bij lopend onderzoek is in de periode augustus 2000 – juni 2003 (experimenteel) onderzoek uitgevoerd. Doel van deze onderzoeken is om de effectiviteit van maatregelen te onderbouwen. De MKZ-crisis heeft geleid tot praktische problemen waardoor niet alle proeven (volgens planning en volledig) zijn uitgevoerd. De gemeten (piek)emissies van lachgas na beregening in een droge periode zijn (na kunstmestgift) extreem hoog gedurende een korte periode binnen 24-48 uur na beregening. Na een extreem droge periode kunnen andere factoren als de beschikbaarheid van koolstof de activiteiten van de micro-organismen in de bodem beperken waardoor de emissie van lachgas in die situatie niet optreedt. De grootte van het effect van maatregelen ten aaanzien van beregening op de emissie van lachgas kan alleen worden gekwantificeerd wanneer de totale emissies gedurende langere tijd voor percelen met verschillend bodemwaterbeheer condities kunnen worden bepaald. Dit vraagt bij gebruik van fluxkamers om bijzonder intensieve en daarmee dure meetcampagnes en is praktisch moeilijk te realiseren. Om de effecten van beregening op de emissie van lachgas te kunnen schatten zouden bij voorkeur andere meettechnieken waarmee continue kan worden gemeten moeten worden gebruikt. Voor de evaluatie van maatregelen onder het Kyoto-protocol is de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen relevant. In de systeemanalyse is aangegeven hoe met behulp van modellen in de tijd en ruimte geïnterpoleerd kan worden om betere emissiefactoren te krijgen. Jacobs, Moors en Van der Bolt (2003) rapporteren over een meetcampagne om op deze wijze emissies voor CO2, N2O en CH4 te bepalen. De aldus bepaalde netto uitstoot van lachgas bedraagt 210 g N ha-1 dag-1 op het droge perceel, tegen 144 g N ha-1 dag-1 voor het natte perceel. De onzekerheid in de bevindingen is groot De emissie van het natte perceel blijkt ongeveer 30% lager te zijn dan de emissie van het droge perceel. Vermindering van de uitstoot van 1

In de begeleidingscommissie van ROB-AGRO zitten vertegenwoordigers van NOVEM, klimaatbeleid (LNV en VROM), landbouwpraktijk (oa. LTO) en onderzoek (Alterra, RIVM, Wageningen Universiteit, Universiteit van Gent)


9

broeikasgassen via verhoging van de grondwaterstand in het veenweidegebied rond ROC Zegveld is mogelijk. De waarnemingen op Zegveld tonen een enorme variatie in de N2O-fluxen. Niet alleen tussen de experimenten op verschillende data bestaan grote variaties (temporele variabiliteit) maar ook binnen experimenten bestaat grote variatie (ruimtelijke variabiliteit). Dit maakt het lastig emissiefactoren af te leiden. Uitschieters zullen het gemiddelde sterk beïnvloeden. Het is de vraag in hoeverre het waargenomen gemiddelde het werkelijk gebiedsgemiddelde representeert. De extreme emissiepieken hebben ook een grote invloed op de N2O-fluxbalans over langere periodes. Om deze problemen op te lossen zijn langlopende, continue fluxmetingen op perceelsniveau noodzakelijk om met hoge frequentie betrouwbare gebied- en tijdsgemiddelde broeikasgasemissies te kunnen bepalen. Recente ontwikkelingen in de micrometeorologische meettechnieken zijn in dit opzicht hoopvol. Voor processtudies en studies naar stofstromen zijn micrometeorologische technieken en waarnemingen met fluxkamers complementair. Het kwantificeren van het effect van grondwaterstand op de N2O-emissie door middel van metingen is niet eenvoudig omdat de effecten van grondwaterstand vaak verstrengeld zijn met die van andere factoren (bijvoorbeeld temperatuur, neerslag, bemesting, beweiding) en omdat de emissies in pieken optreden. Om de bijdrage van deze sturende factoren te kunnen onderscheiden zouden deze allemaal moeten worden gemeten of geïnventariseerd. Effecten van maatregelen in waterbeheer zijn daarom lastig te kwantificeren. Feitelijk vraagt de sturing via water daarom om een andere opzet van proeven. Gebruik van modellen geeft meer inzicht en kan helpen bij de analyse, met name ook omdat met modellen de waarnemingen op verantwoorde wijze kunnen worden geïnterpoleerd en geëxtrapoleerd. Kennis van processen is hierbij essentieel. Hierdoor kunnen de variatie in tijd en ruimte in de schattingen van de emissies worden verwerkt en kunnen klimaateffecten worden gekwantificeerd (verloop in de tijd) en worden uitgefilterd (langjarig gemiddelde emissiefactoren). Ook wordt het hierdoor mogelijk effecten van maatregelen zowel ten aanzien van bedrijfsvoering als van waterbeheer voor verschillende bodems te voorspellen. Conform de conclusies in de systeemanalyse kan in het veenweidegebied op basis van de waarnemingen bij ROC Zegveld de emissie van N2O worden gereduceerd via verhoging van de grondwaterstand. Verhogen van de oppervlaktewaterpeilen in veengebieden is de meest perspectiefvolle maatregel. Dit effect wordt in belangrijke mate veroorzaakt doordat de mineralisatie van veen afneemt bij minder diepe waterstanden.

10


1

Inleiding en doelstelling

In het kader van Cluster 1 (Best Management Practices) van het Reductie Plan Overige Broeikasgassen (ROB Landbouw) wordt een vermindering van de lachgasemissie uit verschillende bronnen beoogd door middel van het ontwikkelen en toetsen van maatregelen. In het kader van het ROB-project 1.6 (Vermindering van de lachgasemissie als gevolg van waterbeheer en beregening) wordt gezocht naar maatregelen in water- en peilbeheer en bij beregening waarmee de lachgasemissie wordt verminderd. In 2000 is een systeemanalyse uitgevoerd waarin de invloed van waterbeheer en beregening op de emissie van lachgas uit landbouwgronden zijn geïnventariseerd (Kroes et al., 2000). Op basis van de systeemanalyse, adviezen van de begeleidingscommissie2 van ROB Landbouw en mogelijkheden tot aansluiten bij lopend onderzoek is in de periode augustus 2000 – juli 2002 (experimenteel) onderzoek uitgevoerd. Doel van deze onderzoeken is om de effectiviteit van maatregelen te onderbouwen en de reductie in emissie van lachgas te kunnen schatten. In dit rapport worden de belangrijkste resultaten van het onderzoek gepresenteerd tegen het licht van de eerder gedefinieerde opties voor beheer en concrete maatregelen. In hoofdstuk 2 wordt in het kort ingegaan op de invloed van vochtgehaltes in de bodem en waterbeheer op de N2O-emissie. In hoofdstuk 3 wordt een overzicht gegeven van de in de systeemanalyse aangegeven potentiële maatregelen en kennishiaten. In hoofdstuk 4 wordt een samenvatting gegeven van de belangrijkste resultaten uit het (experimentele) onderzoek naar maatregelen om via waterbeheer of beregening de N2O-emissie te beperken. De proefopzet en resultaten worden in rapporten, publicaties en/of informatiebladen gepresenteerd. In hoofdstuk 5 wordt ingegaan op nieuwe inzichten of andere potentiële maatregelen die door het in hoofdstuk 4 beschreven aanvullende onderzoek zijn verkregen. De integratie van de systeemanalyse en het experimentele onderzoek vindt plaats in hoofdstuk 6. In dit hoofdstuk worden maatregelen geëvalueerd, rekening houdend met effectiviteit en de kans op afwenteling naar andere broeikasgassen (TEWI) of andere emissies (nitraatuitspoeling). Tevens worden de belangrijkste kennishiaten aangegeven waarvoor het zinvol is om verdere aandacht aan te geven. In hoofdstuk 7 worden de meest perspectiefvolle maatregelen voor waterbeheer en beregening gegeven.

2

In de begeleidingscommissie van ROB-AGRO zitten vertegenwoordigers van NOVEM, klimaatbeleid (LNV en VROM), landbouwpraktijk (oa. LTO) en onderzoek (Alterra, RIVM, Wageningen Universiteit, Universiteit van Gent)


11

2

Sturende factoren

Uit de systeemanalyse (Kroes et al., 2000) blijkt de emissie van lachgas mede te worden bepaald door het vochtgehalte in de wortelzone. Dit vochtgehalte varieert in de tijd. Het vochtgehalte op ieder tijdstip is afhankelijk van de grondwaterstand en de neerslag (of beregeningsgift). De emissie van lachgas kan daarom via twee typen ingrepen worden gerealiseerd: aanpassen van grondwaterstanden of beregeningsstrategie. Aanpassen van grondwaterstanden kan via een scala aan maatregelen worden gerealiseerd; de effecten zijn sterk afhankelijk van de locale omstandigheden. Het zoeken van optimale maatregelen m.b.t. waterbeheer op een bepaalde locatie is maatwerk. De vorming en emissie van lachgas wordt niet alleen door water bepaald maar ook de hoeveelheid beschikbaar stikstof en hangt daarom samen met grondgebruik en mestgift. Omgekeerd wordt grondgebruik en mestgift ook beïnvloed door de vochttoestand van de bodem en dus door het waterbeheer. In de systeemanalyse zijn deze sturende factoren vertaald naar ingrepen die naar verwachting tot een verlaging van de emissie van lachgas leiden: • Verdiepen van grondwaterstanden voor zand- en kleigronden • Verondiepen van grondwaterstanden in veengronden • Vernatten tot plas-dras en uit productie nemen van veengronden • Niet beregenen in een periode na mestgift. • Regelmatiger met kleinere giften beregenen • Niet beregenen De effectiviteit van deze maatregelen is geschat. De kennis om deze schattingen te onderbouwen is niet altijd aanwezig. Voornaamste kennishiaat geconstateerd in de systeemanalyse betreft de relatie tussen vochtgehalte en de emissie van lachgas. Als aandachtspunt is geconstateerd dat de ingrepen in de waterhuishouding moeten worden getoetst aan ingezet beleid m.b.t. waterbeheer, dat een klimaatverandering de waterhuishouding doet veranderen en daarmee de emissie van lachgas, en dat de gevolgen op de landbouwkundige bedrijfsvoering niet uit het oog moeten worden verloren. Een integrale benadering waarbij maatregelen op het terrein van waterbeheer samengaan met maatregelen op andere terreinen zoals bemesting en veranderend landgebruik is gewenst.


13

3

Overzicht maatregelen en kennishiaten

In de systeemanalyse zijn ingrepen beschreven die tot een lagere N2O-emissie kunnen leiden: 1. grondwaterstand veranderen; 2. vochtverdeling aanpassen door beregening. Ingrepen in de waterhuishouding zijn veranderingen in systeemeigenschappen. Ingrepen zijn abstract. Een maatregel is een technische handeling om de waterhuishouding te beïnvloeden. Maatregelen vormen de concrete uitwerking van ingrepen. Ingrepen kunnen vaak via (combinaties van) verschillende maatregelen worden gerealiseerd. Het effect van maatregelen op de waterhuishouding hangt af van de interactie met de omgeving: de effecten van de maatregelen zijn lokaal bepaald. Het effect van ingrepen in de waterhuishouding is in deze studie verkend voor verschillende bodemtypen (zand, klei, veen). Voor veen zijn ook verschillende vormen van bodemgebruik (agrarisch versus uit productie halen) onderscheiden: 1. Verdiepen van grondwaterstanden voor zand- en kleigronden 2. Verondiepen van grondwaterstanden in veengronden 3. Uit productie nemen van veengronden en vernatten tot plas-dras Aanpassen van de vochtverdeling via beregening kan worden gerealiseerd via een drietal maatregelen: 1. Een compleet beregeningsverbod. 2. Een tijdperiode tussen mestgift en beregening aanhouden. 3. Regelmatiger maar kleinere hoeveelheden beregenen. De volgende kennishiaten en aandachtspunten voor vervolgonderzoek zijn in de systeemanalyse beschreven: • effecten van de ingrepen • relatie tussen vochtgehalte en N2O-emissie • operationele rekeninstrumenten • indirecte emissies van lachgas In hoofdstuk 4 en aanhangsel 1 wordt een overzicht gegeven van het experimentele onderzoek dat in het kader van ROB Landbouw project 1.6 is uitgevoerd.


15

4

Resultaten van experimenteel onderzoek

In dit hoofdstuk worden per ingreep de belangrijkste resultaten van ROB onderzoek weergegeven, evenals een verwijzing naar rapport of publicatie, waarin meer resultaten van de betreffende proef zijn gegeven. Korte beschrijvingen van de opzet en resultaten van de proeven zijn in de aanhangsels opgenomen. In dit hoofdstuk worden achtereenvolgens de volgende onderwerpen besproken: • Relatie tussen bodemvochtgehalte en de emissie van lachgas • Beregening • Peilbeheer Experimenteel onderzoek Belangrijke randvoorwaarde bij de opzet van de proeven was dat dit praktijkproeven moesten zijn en dat deze aan moesten sluiten bij bestaande beregenings- of vernattingsproeven. Dat bleek lastig en heeft geleid tot praktische problemen: • Door de beperkte mogelijkheden voor aansluiten bij bestaande beregenings- en vernattingsproeven zijn op basis van de systeemanalyse (Kroes et al., 2000) experimenten opgezet onder gecontroleerde omstandigheden en in velproeven. Daarbij is aangesloten bij lopende en geplande ROB-proeven tav de emissie uit urineplekken (Tabel 1). • Door de MKZ-crisis in het voorjaar van 2001 konden proefbedrijven gedurende enige maanden niet worden bezocht waardoor zowel de opzet als de uitvoering van de proeven zijn vertraagd. Omdat op proefboerderij Droevendaal het perceel met de proefstroken kon worden betreden zonder op het bedrijf te komen is toestemming gegeven om daar de lopende metingen te continueren. Zegveld en Ny Bosma-Zathe konden pas in de loop van juni worden bezocht. Vanaf dat moment is op Zegveld gemeten. Door de MKZ-crisis zijn de peilvakken op Ny Bosma-Zathe niet aangelegd in het voorjaar van 2001. In het najaar van 2001 en het voorjaar van 2002 zijn de peilvakken opnieuw niet aangelegd omdat het te nat was. Daardoor kon deze proef niet in de beschikbare periode worden uitgevoerd. Tijdens de MKZ-crisis is ad-hoc besloten om toch op Vredepeel (akkerbouw) te gaan meten. Deze proef was in eerste instantie niet geselecteerd omdat op bouwland nauwelijks emissies werden verwacht. Na enkele weken waren de emissies inderdaad nihil en zijn de metingen gestaakt. Tabel 1 Overzicht van proeven en metingen uitgevoerd in ROB Landbouw project 1.6 Waterbeheer. Experiment Literatuurstudie en dataanalyse Laboratoriumscreening effect vochtgehalte in Incubatieproef Urine- en mestplots in proefveld op Proefbedrijf Droevendaal Beregeningsproef Droevendaal Peilverhoging Nij Bosma Zathe (klei) Peilverhoging Vredepeel (zand) Peilverhoging Zegveld (veen)


Doel Relatie bodemvocht emissie lachgas Relatie bodemvocht en Water Filled Pore Space op vorming lachgas Relatie bodemvocht (en andere factoren urine, mest en verdichting) op emissie lachgas Emissie bij en na beregening in combinatie met bemesting Effect peilbeheer klei en emissies (niet uitgevoerd) Effect peilverhoging zand op emissies Effect peilverhoging veen op emissies

Paragraaf 4.1 4.1 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2

17

4.1

Relatie tussen bodemvochtgehalte en lachgasemissie

De emissie van lachgas wordt gestuurd door de vochtgehalten in de wortelzone. De vochtgehalten worden bepaald door neerslag (en beregening), grondwaterstanden en eigenschappen van de bodem. Verlagen van grondwaterstanden en aanpassen van beregeningstrategieën leidt op zand- en kleibodems tot lagere vochtgehaltes in de wortelzone en daardoor tot lagere emissies van lachgas. Op veengronden leidt verondiepen van grondwaterstanden door opzetten van oppervlaktewaterpeilen tot hogere bodemvochtgehaltes, tot minder oxidatie van de veenbodem en daarmee juist tot lagere emissies van lachgas.

Doel

Inzicht genereren in de relatie tussen vochtgehalte in de bodem als functie van grondwaterstand en neerslag en de emissie van lachgas uit grasland en bouwland.

Werkwijze

Om de relatie tussen vochtgehalte en emissie van lachgas voor Nederlandse omstandigheden verder te verkennen zijn bestaand maar nog niet geanalyseerde data geanalyseerd (aanhangsel 2), zijn de incubatieproeven specifiek hierop geanalyseerd (aanhangsel 3) en zijn in de veldproef behandelingen gericht op verschillende vochtsituatie meegenomen (aanhangsel 4).

Resultaten •

• • • •

Uit alle metingen blijkt dat het vochtgehalte in de wortelzone, en daarmee neerslag, beregening en grondwaterstand, grote invloed hebben op het optreden van de emissie van lachgas. Bij verdichte bodems is bij dezelfde hoeveelheid neerslag de emissie groter dan bij niet verdichte bodems. Regelmatig hogere vochtgehaltes resulteren in structureel hogere lachgasemissies. De emissies zijn in belangrijke mate pieken, om deze te kunnen bepalen zijn (semi-)continue metingen nodig. De in de veldproef gemeten piekemissies zijn daardoor waarschijnlijk lager dan de werkelijke (eerder) opgetreden emissies na een neerslaggebeurtenis.

Perspectief

De met de (zeer gangbare) fluxkamermethode gemeten N2O-emissie zijn momentopnamen die als gevolg van het feit dat de emissies als piek optreden geen goed beeld geven van de totale emissie. Om lachgas-emissie, emissiefactoren en maatregelen op het gebied van waterbeheer goed te kunnen kwantificeren zijn andere meetmethoden en modellen nodig en is het nodig om naast de emissies ook bodemvocht, neerslag, grondwaterstanden en oppervlaktewaterpeilen te meten.

Afwenteling N.v.t.

18


4.2

Beregening

De emissie van lachgas wordt gestuurd door de vochtgehalten in de wortelzone. De vochtgehalten worden bepaald door neerslag (en beregening), grondwaterstanden en eigenschappen van de bodem. Aangepaste beregening moet leiden tot lagere vochtgehaltes in de wortelzone en daardoor tot lagere emissies van lachgas.

Doel

Kwantificeren van de effecten van beregeningsstrategieën op de emissie van lachgas:

Werkwijze

In 2000 en 2001 is op Droevendaal een beregeningsproef uitgevoerd (aanhangsel 5).

Conclusies •

• • •

De gemeten piekemissies na beregening in een droge periode was (na kunstmestgift) extreem groot en trad op gedurende een korte periode (binnen 2448 uur). Na beregening of neerslag treedt bij aanwezigheid van voldoende mineraal stikstof een kortdurende, hoge piek in de emissie van lachgas op. De in de veldproef gemeten piekemissies zijn waarschijnlijk lager dan de werkelijke (eerder) opgetreden emissies na een neerslaggebeurtenis. De bijdrage van de piekemissies aan de totale emissie is op basis van de uitgevoerde meetcampagnes niet te kwantificeren. Na een extreem droge periode kunnen andere factoren als de beschikbaarheid van koolstof de activiteiten van de micro-organismen in de bodem beperken waardoor de emissie van lachgas in die situatie wordt geremd.

Perspectief

Beregenen met traditionele giften leidt tot verliezen via zowel denitrificatie (emissie van lachgas en N2) als verliezen via uitspoeling (NO3). Ook langere periode na mesttoediening leidt beregening (of neerslag) tot emissie van lachgas. • Omdat de stikstof wordt vastgelegd in het gewas kan worden beredeneerd dat bij beregening op latere momenten de emissies minder moeten worden door uitputting van de stikstofbron. Beregenen vlak na een mestgift of mest toedienen terwijl regen wordt voorspeld zal dan ook tot de hoogste emissies leiden. • Regelmatig beregenen met kleinere hoeveelheden minimaliseert deze verliezen en is uit oogpunt van benutting van stikstof te prefereren. Dergelijke intensieve beregeningsstrategieën brengen forse kosten met zich mee en zijn daarom alleen in hoogwaardige teelten rendabel. Druppelberegening is de meest efficiënte (maar ook duurste) methode: de bodemvochtvoorraad wordt bijna constant gehouden en komt niet in een traject waarin emissies van lachgas zullen optreden. • Niet beregenen heeft hetzelfde effect. De grootte van het effect van maatregelen tav beregening op de emissie van lachgas kan alleen worden gekwantificeerd wanneer de totale emissies gedurende langere tijd voor percelen met verschillend bodemwaterbeheer condities kunnen worden bepaald. Dit vraagt bij gebruik van fluxkamers om bijzonder intensieve en daarmee dure meetcampagnes en is praktisch niet te realiseren. Om de effecten van


19

beregening op de emissie van lachgas te kunnen schatten moeten andere meettechnieken worden gebruikt die worden gecombineerd met modelleren.

Afwenteling

Aangepaste beregeningsstrategieën kunnen gevolgen hebben voor de gewasopbrengsten. De effecten zijn beperkt of zelfs positief bij druppelberegening en zijn negatief bij geheel niet beregenen.

4.3

Peilbeheer

De emissie van lachgas wordt gestuurd door de vochtgehalten in de wortelzone. De vochtgehalten worden bepaald door neerslag (en beregening), grondwaterstanden en eigenschappen van de bodem. Verlagen van grondwaterstanden leidt tot lagere vochtgehaltes in de wortelzone en daardoor tot lagere emissies van lachgas.

Doel

Kwantificeren van de effecten van peilverandering op de emissie van lachgas.

Proefopzet

Het kwantificeren van het effect van grondwaterstand op de N2O-emissie door middel van metingen is moeilijk omdat de effecten van grondwaterstand vaak verstrengeld zijn met die van andere factoren (bijvoorbeeld temperatuur, neerslag, bemesting). Het is moeilijk en kostbaar om statistische verantwoorde proefvelden aan te leggen met verschillende grondwaterstanden en herhalingen. Daarom is voor ROB gekozen om aan te sluiten bij bestaande (of geplande) proeven met als doel de emissies bij verschillende peilen te bepalen. De proeven zijn opgezet voor 3 grondsoorten: 1. Klei (Nij Bosma-Zathe) 2. Zand (Vredepeel) 3. Veen (Zegveld) Door praktische tegenslag (MKZ-crisis) zijn de metingen op Vredepeel ingelast omdat op de andere locaties door de MKZ-crisis niet kon worden gemeten, zijn de metingen op Zegveld laat gestart, en is de proef op Nij Bosma-Zathe niet uitgevoerd omdat de peilvakken daar niet op tijd zijn aangelegd als gevolg van eerst MKZ en daarna de natte weersomstandigheden. Effecten van peilbeheer op klei zijn dan ook niet gemeten en kunnen niet worden beschreven.

4.3.1

Effect peilbeheer op de emissie van lachgas uit zand

Motivatie

Ondieper grondwaterstanden in zandgebieden resulteren in een grotere emissie van lachgas. Het nationale waterbeleid is gericht op verdrogingbestrijding, op

20


waterafhankelijke natuurontwikkeling en op tegengaan van overstromingen en daarmee op het creëren van ondiepere grondwaterstanden.

Resultaten

Het is niet mogelijk gebleken in zandgrond onder geschikte condities (zelfde bodem/gewas) op perceelsschaal te meten bij verschillende grondwaterniveaus door aan te sluiten bij bestaande praktijkproeven. De proef bij Vredepeel heeft geen prioriteit gekregen bij de selectie maar is bij het ontstaan van de MKZ-crisis desondanks uitgevoerd om vooral te kunnen meten. De metingen zijn (te) laat na toedienen van de mestgiften gestart en korte tijd later bleken de gemeten emissies nul te zijn. De resultaten op Vredepeel zijn niet consistent met de resultaten van andere metingen en zijn te beperkt om daar waarde aan te kunnen hechten. De metingen op Droevendaal (veldproef en beregening) bevestigen de sturende invloed van bodemvochtgehalte op de emissie van lachgas. Duidelijk is ook dat de emissie in pieken optreed. Deze emissiepieken treden op direct na neerslag (of beregening). Proeven waarbij met intervallen van dagen tot weken wordt gemeten zijn niet geschikt om de emissies gedurende de periode van meten te bepalen. Dat impliceert dat dergelijke proeven ook niet geschikt zijn om de effecten van maatregelen op een verantwoorde manier te kwantificeren. Wel leveren deze proeven kwalitatief inzicht in de effecten van maatregelen. Met de beschikbare kennis kan worden geprobeerd de emissie beter te schatten door 2 relaties af te leiden: 1. De N2O-emissie als functie van bijv. mestgift, vochtgehalte en temperatuur zoals eerder bijv. door Velhof (1997) is gebeurd. 2. Het vochtgehalte te bepalen als continue functie van grondwaterstand, neerslag (en bodemeigenschappen). De eerste relatie wordt afgeleid op basis van ‘steekproeven’, de tweede relatie is nodig om deze data te extrapoleren tot een tijdreeks, daarmee kunnen de emissie en de effecten van de maatregelen op jaarbasis (langjarig gemiddeld) worden gekwantificeerd. Dit is ook noodzakelijk omdat de maatregelen niet op ieder moment van het jaar hetzelfde effect leveren. Meenemen van bodemfysische eigenschappen maakt het mogelijk om de relaties ook voor andere bodems toe te passen (extrapolatie tot landsdekkend beeld) en zo zowel betere emissiefactoren te krijgen als het effect van maatregelen te kunnen bepalen. De tweede relatie kan goed worden verkregen via modellen, dit vraagt echter om een andere opzet van de proeven en aanvullende hydrologische en bodemfysische metingen. Om de totale emissie goed te kunnen kwantificeren zijn complementair aan een deze benadering meetmethoden nodig die de emissie over een groter oppervlak meten en dat bovendien met korte tijdintervallen kunnen doen. Velthof (1997) heeft een relatie waarin de emissie van lachgas toeneemt voor ondiepere grondwaterstanden in zandgrond gekwantificeerd. Het effect van


21

grondwaterstanden op de emissie van lachgas is in de systeemanalyse via modelberekeningen met deze relatie gekwantificeerd. De resultaten van incubatie, kolom- en de veldproeven bevestigen het inzicht in de samenhang tussen grondwaterstand en emissie van N2O. De resultaten uit de systeemanalyse blijven valide.

Perspectief

Verlagen van de grondwaterstanden resulteert in zandgrond tot een reductie van de emissie van lachgas. De te bereiken reductie bedraagt waarschijnlijk een klein deel van de totale jaarlijkse emissie omdat na neerslag nog steeds tijdelijk hogere vochtgehaltes worden bereikt. Verlagen van grondwaterstanden is niet in overeenstemming met het gevoerde beleid in Nederland. Dit beleid is juist gericht op verdrogingbestrijding en het ontwikkelen van natte natuur. Verlagen van de grondwaterstanden om de emissie van lachgas te reduceren lijkt dan ook weinig realistisch. Als gevolg van deze autonome ontwikkeling wordt wel een toename van de emissie van lachgas uit zandgronden voorzien. Dit kan worden gecompenseerd door ammonium- in plaats van nitraatmeststoffen te gebruiken.

Afwenteling

Verlagen van de grondwaterstanden in zandgrond leidt tot vochttekorten in droge perioden. De landbouwkundige productie daalt tenzij wordt beregend. Door beregenen (is toevoegen van neerslag) bestaat het risico dat de vochtgehaltes toenemen en dat een piek in de emissie van lachgas wordt bereikt. Verlagen van de grondwaterstand leidt tot een toename van de nitrificatie en tot een reductie in de denitrificatie. De uitspoeling van nitraat naar het grondwater wordt groter. Verdroging leidt tot negatieve gevolgen voor de natuur, gewenste natuurdoeltypen en de doelstelling van verdrogingbestrijding worden niet gerealiseerd.

4.3.2 Effect peilbeheer op de emissie van lachgas uit veen

Motivatie

Verhogen van de peilen van het oppervlaktewater in veengebieden reduceert de mineralisatie van het veen en daarmee de emissie van lachgas. Plas-dras zetten van veenbodems reduceert de emissie van lachgas theoretisch nagenoeg geheel: in levende laagveenmoerassen worden zowel koolstof als stikstof vastgelegd.

Resultaten

In het proefschrift van Velthof (1997) blijkt uit de op basis van veldmetingen afgeleide relaties de afname van de emissie van lachgas bij ondiepere grondwaterstanden in veen. In een kolomproef met veengronden (Velthof, 2001) was de N2O-emissie gedurende 80 dagen veel hoger bij een grondwaterstand van 5 cm dan bij een grondwaterstand van 30 cm onder maaiveld. Velthof concludeert daarom dat het omhoog brengen van

22


de grondwaterstand tot 5 cm onder maaiveld resulteert in een forse toename van de N2O-emissie. Deze conclusie is strijdig met de constateringen op basis van velmetingen en is waarschijnlijk een tijdelijk effect bij de overgang van droge omstandigheden naar natte omstandigheden. Onder natte omstandigheden zullen de mineralisatie van veen en de nitrificatie, waarbij ook N2O wordt gevormd, kleiner zijn en zal derhalve minder nitraat beschikbaar zijn voor denitrificatie. Nader onderzoek zal moeten aangeven hoe lang deze verhoogde N2O-emissie duurt. Op het droge perceel in Zegveld wordt in de periode 2001-2002 meer N2O geproduceerd. Voor een normale verdeling is de emissie van het droge perceel 1.5 maal groter dan de emissie van het natte perceel, uitgaande van een log-normale verdeling bedraagt deze verhouding 2.5. De geschatte stikstofgift door bemesting en beweiding lag ongeveer 15% hoger op het natte perceel en vormt geen verklaring voor het verschil in emissie, een relatie tussen flux en de stikstofgift is met de huidige dataset niet aan te tonen. De meest waarschijnlijke verklaring voor het verschil tussen het droge en het natte perceel lijkt het grote bodemvochtgehalte in de wortelzone bij het natte veld. De hogere grondwaterstand bij het natte perceel werkt dit in de hand. Modelberekeningen (Jacobs, Moors en Van der Bolt, 2003) laten zien dat de waterverzadigingsgraad van de toplaag van de bodem bij dit perceel de 80% veelvuldig overschreed. Bij een dergelijke verzadigingsgraad is de aëratie gering en wordt naar verhouding veel N2O geproduceerd. De rekenresultaten duiden op een reductie in de broeikasgasuitstoot van 0-2 (1.1) ton CO2-equivalenten per hectare per jaar, per cm verhoging van de jaargemiddelde grondwaterstand. De berekende reductie is echter uitermate gevoelig voor de gebruikte statistische verbanden tussen waarnemingen en modelresultaten.

Jaargemiddelde emissie

Voor de evaluatie van maatregelen onder het Kyoto-protocol is de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen relevant. In de systeemanalyse is aangegeven hoe met behulp van modellen in de tijd en ruimte geïnterpoleerd kan worden om betere emissiefactoren te krijgen. Jacobs, Moors en Van der Bolt (2003) hebben een poging ondernomen om op deze wijze verbeterde emissies voor CO2, N2O en CH4 te bepalen. De aldus bepaalde netto uitstoot van broeikasgassen bedraagt 1.6 - 5.6 ton CO2-equivalenten per hectare per jaar voor het droge perceel, tegen 9.4 - 11.1 ton CO2-equivalenten per hectare per jaar voor het natte perceel. Het aandeel van N2O in de netto uitstoot van broeikasgassen uit de percelen is 30-50%. De onzekerheden door de enorme variatie in de uitwisseling van broeikasgassen in plaats en tijd zijn echter groot.

Effect van seizoenen

In de winter zijn de fluxen lager dan in de zomer, en worden soms vrijwel nul. Vergelijkbare patronen werden ook gevonden door Velthof (1997). De lagere fluxen rond de winterperiode zijn hoogst waarschijnlijk het gevolg van de lagere temperaturen, waardoor de microbiële activiteit wordt geremd. Op basis van meetgegevens over het effect van temp. op de afbraaksnelheid van veen (Vermeulen en Hendriks, 1997) schat Hendriks (pers.med.) dat 80% van de mineralisatie van veen in het zomerhalfjaar plaatsvindt. Bij hogere temperaturen kunnen ook zeer natte


23

omstandigheden in en rond de winterperiode waarin met name N2 zal worden geproduceerd tot lagere emissies van lachgas leiden. Reductie van de uitstoot van broeikasgassen via verhoging van de grondwaterstand in het veenweidegebied rond ROC Zegveld is mogelijk. De temporele en ruimtelijke variatie in waarnemingen was groot. Dit maakt het lastig goede emissiefactoren te bepalen. De effecten van peilverhoging zijn dan ook niet goed gekwantificeerd, net als de emissiefactoren. Om deze problemen op perceelsniveau op te lossen zijn langlopende, continue fluxmetingen noodzakelijk, waarmee met hoge frequentie betrouwbare gebied- en tijdsgemiddelde broeikasgasemissies bepaald kunnen worden.

Perspectief

Hogere peilen in veengebieden leiden tot een forse vermindering van de lachgasemissie omdat de mineralisatie van veen daardoor wordt gestopt. Omdat mineralisatie van veen een sterk temperatuur gestuurd proces is, zal vooral het opzetten van voorjaars- en zomerpeilen een vermindering van de emissies geven. Vanuit een diepontwaterde situatie opzetten van de peilen in veen leidt mogelijk tijdelijk tot een hogere emissie van lachgas. Niet bekend is hoelang dit duurt. Hogere peilen in de veenweidegebieden zijn ook gewenst om de permanente daling van maaiveld en polderpeilen tegen te gaan om de resulterende verdroging tegen te gaan en tot een duurzaam regionaal watersysteem te komen.

Afwenteling

Een hoger peil in veenweidegebieden leidt tot een landbouwkundig minder optimale situatie. Wanneer levende veenmoerassen kunnen worden gecreëerd wordt naast stikstof ook koolstof vastgelegd, de emissies van N2O CO2 worden immissies. In deze omstandigheden zal methaan (CH4) worden geproduceerd en zal de emissie hiervan toenemen. Per saldo wordt een positief effect op de totale emissie van broeikasgassen verwacht.

24


5

Nieuwe inzichten

Nieuwe inzichten zijn er ten aanzien van te meten sturende factoren, de variatie in ruimte en tijd en de manier waarop de relatie tussen grondwaterstand en emissie van lachgas gemeten en gemodelleerd kan worden. Het gewijzigde mestbeleid zal resulteren in een afname van de indirecte emissie.

5.1

Sturende factoren

De emissie van lachgas is in belangrijke mate afhankelijk van de beschikbare hoeveelheid stikstof en het nagenoeg ontbreken van voldoende zuurstof. De beschikbaarheid van zuurstof wordt bepaald door het zuurstofverbruik in de bodem en de snelheid van zuurstofaanvoer. Het zuurstofverbruik in de bodem hangen samen met de biologische activiteit in de bodem en dus van temperatuur, pH, en de aanwezigheid van voedingsstoffen. De zuurstofaanvoer is afhankelijk van de bodemstructuur (materiaal, poriënvolume, structuur en tortuosity) en van de hoeveelheid bodemvocht. Waterbeheer beïnvloedt de bodemvochttoestand en beïnvloedt daarmee condities voor de vorming van broeikasgassen.

Bodemvocht

Het bodemvocht is sterk sturend. In deze en andere studies is duidelijk gebleken dat de grote hoeveelheden lachgas in kortdurende pieken emitteren en dat het optreden van deze pieken wordt veroorzaakt door het ontstaan van natte omstandigheden. Om inzicht te krijgen in de werkelijk optredende emissies van lachgas moet met het optreden van deze pieken rekening worden gehouden en moeten bij iedere proef naar emissies van broeikasgassen ook bodemvochtgehaltes en/of grondwaterstanden, oppervlaktewaterpeilen en neerslag en verdamping worden gemeten.

Zuurstofconcentratie

De meest direct sturende variabele is de zuurstofconcentratie en het zou beter zijn deze te meten in plaats van luchtgevuld poriënvolumeDit biedt betere mogelijkheden om de resultaten makkelijker naar andere bodems en waterhuishoudkundige situaties te kunnen extrapoleren met modellen die water, temperatuur en gastransport beschrijven. Meten van zuurstofconcentraties in de bodem is echter moeilijk (sterk heterogeen) en duur. Met behulp van modellen kunnen ook de parameters die de processen sturen ook worden gekalibreerd wanneer de inkomende en uitgaande fluxen bekend zijn. Dergelijk gebruik van modellen zal en meer inzicht geven en zal betere schattingen van emissies geven.

Beschikbare stikstof

Gemakkelijk afbreekbare organische stof in combinatie met mineralisatiesnelheid sturen de emissie van broeikasgassen en niet de hoeveelheid mineraal stikstof. Laatste wordt vaak wel bepaald omdat dit makkelijk is te meten, de in de bodem aanwezige


25

niveaus minerale stikstof zijn geen goede voorspeller van de beschikbaarheid van mineraal N dat snel kan worden aangevuld door het bodemleven. De samenstelling van organisch materiaal in de bodem en met name de fractie (zeer) snel afbreekbaar organisch materiaal bepaalt de emissies mee, dat geld in het bijzonder voor diep ontwaterde veengronden. De N2O-emissies bij veenweidegebieden in Nederland zijn lager bij hogere grondwaterspiegels. Deze relatie is omgekeerd bij zand- en kleigronden (Velthof 1997). Om beter inzicht te krijgen in de processen is het belangrijk in de toekomst onderscheid te maken tussen de mineralisatie van veen als functie van de grondwaterstand (mineralisatie leidt tot makkelijk beschikbaar stikstof) en de emissie van lachgas als functie van de grondwaterstand. Theoretisch moet voor de veengronden eenzelfde relatie voor de emissie van N2O gelden als voor de zand- en kleigronden. De hoeveelheid makkelijk afbreekbaar organisch materiaal is meer bepalend dan de hoeveelheid mineraal N. De laatste varieert maar weinig.

5.2

Variatie in tijd en ruimte

De emissie van N2O wordt beïnvloed door factoren als snel beschikbaar stikstof, neerslag, grondwaterstand, bodemeigenschappen, vochtgehalte, temperatuur, gewasopname(snelheid) en activiteit van het bodemleven. Deze variëren sterk op korte afstand en veranderen ook in de tijd. Als gevolg daarvan varieert ook de emissie van N2O binnen percelen en in de tijd sterk. Deze variatie in de tijd en ruimte keert in nagenoeg alle uitgevoerde proeven terug. Velthof et al. (1996b) hebben door 48 metingen op een raai dwars over het perceel de variatie binnen een perceel zichtbaar gemaakt. Ook de waarnemingen op Zegveld tonen een enorme variatie in de N2O-fluxen. Niet alleen tussen de experimenten op verschillende data bestaan grote variaties (temporele variabiliteit) maar ook binnen experimenten bestaat grote variatie (ruimtelijke variabiliteit). Grote uitschieters zijn waargenomen. Uitschieter zijn niet op voorhand een “waarnemingsfout”, ook bij andere proeven zijn dergelijke grote uitschieters waargenomen. Uitschieters zullen het gemiddelde sterk beïnvloeden. Het is niet duidelijk in hoeverre het waargenomen gemiddelde het werkelijk gebiedsgemiddelde representeert omdat te weinig herhaalde metingen beschikbaar zijn om zo’n gebiedsgemiddelde uit te rekenen. De extreme emissiepieken hebben ook een grote invloed op de N2O-fluxbalans over langere periodes, met de in deze proef gebruikte meetfrequentie is niet vast te stellen of de belangrijkste bijdragen daadwerkelijk worden meegenomen. De ruimtelijke en temporele variatie bestaat niet alleen voor N2O maar ook in de emissies van CH4 en CO2 (Jacobs, Moors en Van der Bolt 2003). Omdat de emissies van N2O, CH4 en CO2 in mineraliserende veenbodems samenhangen is het gewenst om deze emissies gezamenlijk te meten en modelleren om de werkelijke uitstoot te kunnen bepalen. Omdat in de omgeving mogelijk ook andere bronnen voorkomen moeten specifieke bronnen (mest en urine voor lachgas, directe methaan productie door koeien of via vergistin in de stallen) in de analyse worden meegenomen.

26


5.3

Meten van emissies

Net als in eerdere studies is ook in de huidige waarnemingen sprake van een enorme variatie in de N2O-uitstoot van plaats tot plaats en van dag tot dag. De variatie in emissie wordt in belangrijke mate bepaald door verschillen in vochtgehalten. Waarnemingen in bodem, water en atmosfeer zouden daarom in geen enkele proef naar de emissie van lachgas (en kooldioxide en methaan) mogen ontbreken. Ook bij de proef Velthof (1997) met snel stijgende en dalende grondwaterstand is duidelijk aangetoond dat de emissie van lachgas net als bij beregening via een piek optreedt. Om de totale emissies goed te kunnen bepalen zijn (semi-)continu metingen nodig. Alleen dan kunnen werkelijke emissiefactoren en effecten van maatregelen op de emissiefactoren worden vastgesteld. De grootte van de emissies op basis van waarnemingen met intervallen van dagen is door toeval bepaald. De waargenomen emissies hoeven daarom zeker geen piekwaarden te zijn. In de beregeningsproef is zichtbaar gemaakt hoe kort emissiepieken kunnen duren. De resultaten van proeven met intervallen van dagen zijn minder geschikt om een gemiddelde emissie (of emissiefactor) te bepalen. De resultaten kunnen wel worden gebruikt om verschillen in emissies tussen behandelingen aan te tonen. De onzekerheid in de geschatte emissies kan worden verkleind via metingen die de variatie in zowel tijd als ruimte beschrijven. Dit vraagt om continue metingen en om metingen over grotere oppervlakten. Om de ruimtelijke en temporele variatie en daarmee de emissiefactoren via fluxkamermetingen goed in de vingers te krijgen zijn en veel en continue metingen nodig. Dat is duur en praktisch moeilijk uitvoerbaar. Micrometeorologische meetmethoden waarbij continu en over een groter oppervlak geïntegreerde fluxmetingen worden bieden perspectief als aanvulling op de fluxkamermetingen. De methodiek is voldoende ontwikkeld voor CH4 en CO2 maar is vooralsnog minder geschikt voor N2O. Bijkomend probleem is de grote variatie in bronnen voor CH$ (koeien, stallen) en N2O (urine- en mestplekken na beweiden, en uitrijden van mest), deze variatie noodzaken een goede analyse van locatie en aantal bronnen.

5.4

Modelleren van emissies

Als aandachtspunt is in de systeemanalyse geconstateerd dat de ingrepen in de waterhuishouding moeten worden getoetst aan ingezet beleid m.b.t. waterbeheer, dat een klimaatverandering de waterhuishouding doet veranderen en daarmee de emissie van lachgas, en dat de gevolgen op de landbouwkundige bedrijfsvoering niet uit het oog moeten worden verloren. Een integrale benadering waarbij maatregelen op het terrein van waterbeheer samengaan met maatregelen op andere terreinen zoals bemesting en veranderend landgebruik is onontbeerlijk.


27

Goed inzicht de samenhang tussen grondwaterstand en vochtgehalten op de N2Oemissie maakt onderbouwing van maatregelen in het waterbeheer om de uitstoot van broeikasgassen te reduceren mogelijk. Het is moeilijk om de effecten van grondwaterstand op de emissie van N2O te meten omdat de effecten vaak verstrengeld zijn met de effecten van andere factoren zoals bemesting, temperatuur en neerslag en omdat het niet mogelijk is statistisch verantwoorde proefvelden aan te leggen met verschillende herhalingen van grondwaterstanden (zie ook ROBonderzoek eindrapport cluster 1.1 Beweiding van Kuikman et al. 2004). Om via veldproeven beter zicht op de effecten van peilbeheer in bijv. veengronden te krijgen moeten vergelijkbare proeven voor verschillende veenbodems, oppervlaktewaterpeilen en bedrijfsvoering worden uitgevoerd. Om de resultaten van proeven breder toepasbaar te maken kan via modellen in de tijd worden geïnterpoleerd en moet naar bodemtype en bedrijfsvoering worden geëxtrapoleerd. Na de exercities in het kader van de systeemanalyse (Kroes et al. 2000) is een directe koppeling tussen meetgegevens en modeltoepassing op perceelsniveau uitgevoerd voor de proef op Zegveld (Jacobs, Moors en Van der Bolt, 2003), de eerste resultaten daarvan (Fig. 1) zijn bemoedigend. De emissies van lachgas zijn nu nog geschat via empirische relaties, de volgende stap die nodig is om de emissies nog generieker te kunnen voorspellen is om net als voor de vochtgehalten een deterministisch model te gebruiken dat de gekoppelde stikstof- en koolstofbalansen simuleert. Daarbij moet niet worden vergeten veldproeven op te zetten om de modellen aan te toetsen en onderbouwen.

5.5

De indirecte emissie van lachgas

Stikstof in de vorm van nitraat of opgelost organische stof (DOC) dat uitspoelt naar het grondwater komt via dat grondwater in het oppervlaktewater terecht. De samenhang tussen de directe emissie en de reductie in belasting met stikstof van grond- en oppervlaktewater is relatief onbekend. De weg die wordt gevolgd (stroombaan) en de transportsnelheid bepalen de verblijftijd een eventuele omzetting. Waterhuishouding en grondgebruik c.q. mestgift beïnvloeden de emissie van nutriënten naar grond- en oppervlaktewater. Autonome ontwikkelingen (mestbeleid, verdrogingbestrijding en ontwikkelen van natte natuur) beïnvloeden de indirecte emissie. De effecten van het autonome beleid op de indirecte emissie van lachgas kunnen worden gekwantificeerd. Daartoe kan conform de IPCC-rekenmethoden worden verondersteld dat de reductie van de indirecte emissie van lachgas evenredig is met de emissie van nutriënten naar grond- en oppervlaktewater. Het mestbeleid resulteert in principe in een afname van de belasting van grond- en oppervlaktewater. de veranderingen in het waterbeheer leiden tot een aanvullende reductie van de emissie van stikstof naar het grond- en oppervlaktewater. De indirecte emissie van lachgas zal gegeven deze autonome ontwikkelingen afnemen.

28


N2O flux [g(CO2eq) m-2 dag-1 ]

20 26.4

18

30.4

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

75

150

225

300

375

450

525

600

675

750

525

600

675

750

N2O flux [g(CO2eq) m-2 dag-1 ]

Dagnummer 20 34.0

18

23.7

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

75

150

225

300

375

450

Dagnummer Figuur 1. Geëxtrapoleerd jaarverloop van de N2O flux (stippellijn) en vergelijking met de waargenomen fluxen (punten). Het extrapolatiemodel is gebaseerd op alle getoonde waarnemingen. Boven: droge perceel; beneden: natte perceel (bron: Jacobs, Moors en Van der Bolt 2003).

Ook voor N2O is emissie uit sloten na uitspoeling van stikstof een mogelijk belangrijke bron. Velthof (1997) schat de bijdrage hiervan op 25-35% van de totale directe emissie, maar de onzekerheid is groot (ruwweg 40-50%). De totale N vracht naar het oppervlaktewater bedraagt 30 tot 40 kg ha-1 jaar-1 (Hendriks 2002). Voor de indirecte emissie in veengebieden (in waterkwaliteitstermen de retentie door denitrificatie) kan een factor 0,25 tot 0,5 (ruwe schatting) worden aangehouden. Dit leidt tot een extra emissie van 10 kg N ha-1 jaar-1. Vergeleken met de gemeten emissies van 52 resp. 77 kg N/jaar (voor nat en droog) levert dat een bijdrage van van de indirecte emissie van 10 tot 20%. Deze schatting is lager dan de schatting van Velthof (1997).


29

30


6

Evaluatie van maatregelen

Voor de selectie van perspectiefvolle maatregelen wordt gebruik gemaakt van de inzichten in de factoren die de emissie van lachgas sturen. Met behulp van de in dit onderzoek verzamelde kennis worden de effecten van de maatregelen uit deze studies geschat.

6.1

Beregening

Beregenen bij aanwezigheid van makkelijk beschikbaar stikstof leidt tot verliezen via zowel denitrificatie (emissie van lachgas en N2) als verliezen via uitspoeling (NO3). Ook langere periode na mesttoediening kan beregening (of neerslag) leiden tot emissies van lachgas. Drie maatregelen zijn onderscheiden: • Niet beregenen. • Niet-beregenen vlak na een mestgift (en geen mest toedienen terwijl regen wordt voorspeld. • Regelmatig beregenen met kleinere hoeveelheden.

Niet beregenen

Voorkomt emissies door beregenen en vormt zo de meest effectieve maatregel. De effectiviteit kan moeilijk worden aangegeven: om dat te kunnen doen zijn continue metingen na beregening nodig. Maar belangrijker, is het te bereiken effect is afhankelijk van het weer. Niet beregenen leidt tot opbrengstderving maar spaart kosten. Niet beregenen is controleerbaar, dit is echter arbeidsintensief en daardoor kostbaar en moeilijk handhaafbaar.

Niet beregenen na mestgift

Voorkomt de grootste emissiepiek, leidt tot kleinere opbrengstverliezen en resulteert in betere benutting van stikstof. De effectiviteit kan niet worden aangegeven omdat daarvoor continue metingen na beregening nodig zijn. De te realiseren reductie in emissie van lachgas effect is afhankelijk van het weer. Niet beregenen na een mestgift of niet-bemesten wanneer neerslag wordt voorspeld is een maatregel die niets hoeft te kosten, die zelfs positief kan zijn en die eenvoudig in de bedrijfsvoering kan worden meegnomen. Deze maatregel is lastig controleerbaar en daarom zeer moeilijk handhaafbaar. Geprobeerd kan worden deze maatregel in de bedrijfsvoering meet te laten nemen. Opname in een certificeringssysteem of goede landbouwpraktijk biedt mogelijkheden.

Druppelberegening

Dergelijke intensieve beregeningsstrategieën brengen forse kosten met zich mee en zijn daarom alleen in hoogwaardige teelten rendabel. Druppelberegening is de meest efficiënte (maar ook duurste) methode: de bodemvochtvoorraad wordt bijna


31

constant gehouden en komt niet in een traject waarin emissies van lachgas zullen optreden. De effectiviteit kan nog niet worden aangegeven: om dat te kunnen doen zijn continue metingen na beregening nodig. Daarnaast is het te bereiken effect afhankelijk van het weer. Druppelberegening voorkomt opbrengstderving en reduceert de emissie van lachgas maar is kostbaar. Niet beregenen is controleerbaar, dit is arbeidsintensief en daardoor kostbaar en moeilijk handhaafbaar.

Afwenteling

Aangepaste beregeningsstrategieën leiden ook tot een verminderde uitspoeling van nitraat naar het grondwater. Aangepaste beregeningsstrategieën kunnen gevolgen hebben voor de gewasopbrengsten. De effecten zijn beperkt of zelfs positief bij druppelberegening en zijn negatief bij geheel niet beregenen.

6.2

Peilbeheer

Peilbeheer in veen is de meest effectieve ingreep. Verhogen van de oppervlaktewaterpeilen tot een peil waarbij nog steeds landbouwkundig gebruik mogelijk is leidt in Zegveld tot een reductie van de lachgas-emissie met 34 %. De kosten van de maatregel zijn laag, wel moet rekening worden gehouden dat een andere bedrijfsvoering nodig is die minder rendabel is. Verhoogde peilen zijn eenvoudig te controleren. Peilverhogen wordt vastgelegd in de peilbesluiten van de waterschappen, handhaving is geen probleem. Kennishiaten betreffen de bijdrage van de mineralisatie van veen bij verschillende waterdieptes en de totale emissie van de broeikasgassen (lachgas, kooldioxide en methaan). Nieuwe meettechnieken in combinatie met procesmodellen maken het mogelijk deze vragen op korte termijn te beantwoorden.

32


7

Conclusies en selectie van perspectiefvolle maatregelen

In de voorgaande hoofdstukken zijn perspectiefvolle maatregelen voor vermindering van emissies aangegeven en is beschreven welke verbeteringen of aanvullingen nog nodig zijn en hoe daar in kan worden voorzien bijvoorbeeld ten aanzien van implementatie van maatregelen. Meest perspectiefvol is verhogen van de oppervlaktewaterpeilen in veengebieden. In het veenweidegebied bij ROC Zegveld kan de emissie van N2O worden gereduceerd via verhoging van de grondwaterstand. Verhogen van de de grondwaterstand door opzetten van de oppervlaktewaterpeilen tot een peil waarbij nog steeds landbouwkundig gebruik mogelijk is leidde in Zegveld tot een reductie van de lachgas-emissie met 34 %. Oppervlaktewaterstanden en daarmee waterbeheer sturen de vochtgehaltes in de bodem en de emissie van lachgas. Nog directer worden het bodemvochtgehalte en de emissie van lachgas gestuurd door de neerslag. De processen die het bodemvochtgehalte bepalen zijn niet-lineair. Daardoor is de relatie tussen de maatregel peilbeheer en de emissie van lachgas geen dosis-effect relatie zoals voor (stikstof)brongerelateerde maatregelen als bemesting, gewasresten e.d. Sturing van de emissies van broeikasgassen via waterbeheer vraagt daarom om een andere opzet van proeven. Proeven moeten gericht zijn op het krijgen van inzicht in om emissies in ruimte en tijd emissies te kunnen schatten, om zo emissiefactoren te kunnen verbeteren en om effecten van maatregelen te kunnen verkennen. Om de ruimtelijke variatie te kunnen elimineren moet over grotere vlakken worden gemeten, dit vraagt om andere metingen. Om de variatie in de tijd te kunnen bepalen is (semi-)continu meten noodzakelijk. Het is moeilijk om de effecten van grondwaterstand op de emissie van N2O te meten omdat de effecten vaak verstrengeld zijn met de effecten van andere factoren zoals bemesting, temperatuur en neerslag en omdat het niet mogelijk is statistisch verantwoorde proefvelden aan te leggen met verschillende herhalingen van grondwaterstanden. Bodemleven zet stikstofbronnen om, de beregeningsproef in 2001 laat zien dat in sommige situaties dat tot niet verwachte resultaten kan leiden. Vochtgehalte, temperatuur en beschikbare stikstof en koolstof zijn sterk sturend voor de activiteit van het bodemleven en bepalen daarmee de emissie van broeikasgassen. Goed inzicht in en kunnen kwantificeren van grondwaterstand en vochtgehalten op de N2O-emissie blijkt noodzakelijk om de maatregelen te kunnen onderbouwen, het is belangrijk ook de hydrologische parameters bij alle proeven naar emissies te meten. De ruimtelijke en temporele variatie in de emissie van lachgas is groot. Om de emissies goed te kunnen schatten zijn of veel meetpunten nodig of moeten nieuwe meettechnieken worden ontwikkeld om gebiedsgemiddelde emissies te meten. Recente ontwikkelingen in de micrometeorologische meettechnieken zijn in dit


33

opzicht hoopvol (Jacobs, Moors en van der Bolt, 2003). Voor processtudies en studies van stofstromen zijn micrometeorologische technieken en waarnemingen met fluxkamers complementair, belangrijk is alle relevante bronnen in beschouwing te nemen. Het blijkt goed mogelijk met modellen de emissie van lachgas in de tijd te simuleren. Daardoor kunnen klimaateffecten en worden gekwantificeerd (verloop in de tijd) en worden uitgefilterd (langjarig gemiddelde emissiefactoren). Ook wordt het hierdoor mogelijk effecten van maatregelen zowel tav bedrijfsvoering als van waterbeheer voor verschillende bodems te voorspellen. De emissies van lachgas zijn nu nog geschat via empirische relaties, de volgende stap die nodig is om de emissies nog generieker te kunnen voorspellen is om (net als voor de vochtgehalten) een deterministisch model te gebruiken. Dat model de gekoppelde stikstof- en koolstofbalansen simuleren. Daarbij moet niet worden vergeten veldproeven op te zetten om de modellen aan te toetsen en onderbouwen.

34


Literatuur

Beuving, J. en J.J.H. van den Akker, 1996. Maaiveldsdaling van veengrasland bij twee slootpeilen in de polder Zegvelderbroek. Vijfentwintig jaar zakkingsmetingen op het ROC Zegveld. Wageningen, DLO-Staring Centrum. Rapport 377. Van Groenigen, J.W., G.L. Velthof, F.J.E. van der Bolt, A. Vos, and P.J. Kuikman. 2004a. Seasonal urine-derived N2O emissions from an intensively managed grassland. In voorbereiding voor Plant and Soil. Van Groenigen, J.W., P.J. Kuikman, W.J.M de Groot, and G.L. Velthof. 2004b. Nitrous oxide emission from urine-treated soil as influenced by urine composition and soil physical conditions. Aangeboden aan Soil Biol. Biochem. Hendriks, R.F.A., 1993. Nutriëntenbelasting van oppervlaktewater in veenweidegebieden. Wageningen, DLO-Staring Centrum. Rapport 251. Hendriks, R.F.A. , R. Kruijne, J. Roelsma, K. Oostindie, H.P. Oosterom, O.F. Schoumans, 2002. Berekening van de nutriëntenbelasting van het oppervlaktewater vanuit landbouwgronden in vier poldergebieden. Analyse van de bronnen. Wageningen, Alterra, Research Instituut voor de Groene Ruimte. Alterra-rapport 408. Jacobs, C.M.J., E.J. Moors en F.J.E. van der Bolt, 2003. Invloed van waterbeheer op gekoppelde broeikasgasemissies in het veenweidegebied bij ROC Zegveld. Wageningen, Alterra. Rapport 840. Kroes, J.G., F.J.E. van der Bolt, P. Groenendijk, I.E. Hoving emn M.H.A. de Haan, 2000. Beperking van lachgas door waterbeheer. Een systeemanalyse. Wageningen, Alterra. Rapport 114-6. Kuikman, P.J., J.W. van Groenigen, G.L. Velthof, D. Walvoort,F.van der Bolt, C. van Beek, A. van den Pol-van Dasselaar, Beperking van lachgasemissie uit beweid grasland. Eindrapport Reductieplan Overige Broeikasgassen Landbouw Cluster 1. 2004. Wageningen, Alterra, Alterra-rapport 560.1. 46 blz. Velthof, G.L., 1997. Nitrous oxide emissons from intensively managed grasslands. Proefschrift Landbouwuniversiteit Wageningen, Wageningen Velthof, G.L., O. Oenema, R. Postma & M.L. van Beusichem, 1997. Effects of type and amount of applied nitrogen fertilizer on nitrous oxide from intensively managed grassland. Nutrient Cycling in Agroecosystems 46, 257-267 Velthof, G.L., O. Oenema, 2000. Effecten van de grondwaterstand op lachgasemissie uit grasland. Wageningen, Alterra. Rapport in voorbereiding.


35

Vermeulen, J. en R.F.A. Hendriks, 1996: Bepaling van afbraaksnelheden van organisch stof in laagveen. SC-DLO Rapport 288,.Staring Centrum, Wageningen.

36


Aanhangsel 1 Overzicht van de uitgevoerde proeven in ROB Landbouw project 1.6 Waterbeheer

Experiment Literatuurstudie en dataanalyse Laboratoriumscreening effect vochtgehalte in Incubatieproef Urine- en mestplots in proefveld op Proefbedrijf Droevendaal Beregeningsproef Droevendaal Peilverhoging Nij Bosma Zathe (klei) Peilverhoging Vredepeel (zand) Peilverhoging Zegveld (veen)


Doel Relatie bodemvocht emissie lachgas Relatie bodemvocht en Water Filled Pore Space op vorming lachgas Relatie bodemvocht (en andere factoren urine, mest en verdichting) op emissie lachgas Emissie bij en na beregening in combinatie met bemesting Effect peilbeheer klei en emissies (niet uitgevoerd) Effect peilverhoging zand op emissies Effect peilverhoging veen op emissies

Paragraaf 4.1 4.1 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2

37

38


Aanhangsel 2

Emissie van lachgas uit kolomproeven in veengronden

Opzet

Er is een studie uitgevoerd om de resultaten van onderzoek dat in Nederland is uitgevoerd maar nog niet altijd is geanalyseerd (zie rapport Velthof en Oenema, 2001, in voorbereiding) alsnog te analyseren en beschrijven.

Resultaten

Velthof en Oenema hebben een studie uitgevoerd met als doel het beschrijven van verschillende methoden voor het bestuderen en kwantificeren van effecten van grondwaterstanden. De studie is gebaseerd op de resultaten van onderzoek dat in Nederland is uitgevoerd. De belangrijkste resultaten en conclusies van dit onderdeel (Velthof en Oenema, 2001, in voorbereiding) zijn: • Met behulp van incubatieproeven kan snel kwantitatief inzicht worden verkregen in de effecten van vochtgehalte op de N2O-emissie en de interacties tussen vochtgehalte en daarmee samenhangende zuurstofconcentratie (Fig. 2) en andere factoren (grondsoort, bemesting). Deze gegevens kunnen worden gebruikt in modellen waarmee de N- en waterhuishouding van bodems kunnen worden gesimuleerd. 25

N2O-productie, mg N kg-1 grond

20

15

10

5

0

<0.1%

1% O -concentratie 5% 2

20%

Figuur 2. Productie van N2O in een veengrond gedurende een incubatieperiode van 1 dag bij verschillende zuurstofconcentraties. (Velthof, ongepubliceerde resultaten). •

De resultaten van kolomproeven met veen- en zandgrond (ongestoorde bodemkolommen van 30 cm) komen goed overeen met resultaten van veldmetingen op de locaties waarvan die bodemkolommen gestoken zijn (resultaten zandgrond in tabel 2) en de emissies liggen in dezelfde orde van grootte. Kolomproeven zijn een geschikte methode om effecten van verschillen in grondwaterstanden op de N2O-emissie te bepalen.


39

Tabel 2 Resultaten van kolom- en veldproeven met grasland op zandgrond bij een N-gift van 80 kg N ha-1 als ammoniumhoudende kunstmest (ZA) of nitraathoudende kunstmest (KS) bij verschillende grondwaterstanden (Velthof et al., 1997). Proef

Gwst. (cm)

Temp. oC

Kolomproef Kolomproef Veldproef I Veldproef II

15 30 0 – 60 5 – 90

20 – 29 20 – 29 6,0 16,0

•

•

•

•

•

40

N2O-emissie, %* ZA 0,9 1,4 0,2 1,0

KS 11,3 6,1 5,2 12,0

In een kolomproef met veengronden was de N2O-emissie gedurende 80 dagen veel hoger bij een grondwaterstand van 5 cm dan bij een grondwaterstand van 30 cm onder maaiveld. Het omhoogbrengen van de grondwaterstand in kader van vernatting leidt dus tot een forse toename van de N2O-emissie; nader onderzoek zal moeten aangeven in hoeverre dit tijdelijk is en hoe lang deze verhoogde N2Oemissie duurt. Het meten van N2O-concentratieprofielen in bodems geeft een goed inzicht in de plaats en dynamiek van N2O-productie in de bodem en de effecten van grondwaterstand hierop. Een nauwkeurige kwantificering van de N2O-emissie met behulp van gemeten N2O-concentraties in de bodem is echter moeilijk. Metingen van de ruimtelijke variabiliteit van N2O-emissie in een perceel met duidelijke verschillen in grondwaterstand kunnen een kwantitatief inzicht geven in de effecten van de grondwaterstand op de N2O-emissie. Dit geldt met name indien de ruimtelijke variabiliteit van de overige bodemkarakteristieken (en met name het gehalte aan minerale N) beperkt is. Verschillen in N2O-emissie tussen percelen met een verschillende grondwaterstand kunnen inzicht geven in de effecten van grondwaterstand op de N2Oemissie, maar andere verschillen tussen de percelen (bodemeigenschappen en management) kunnen het zuiver schatten van het effecten van grondwaterstand sterk bemoeilijken. Het opstellen van tijdreeksen door monitoren kan inzicht geven in effecten van grondwaterstanden op emissies. In tijdreeksen van weken tot maanden zijn de effecten van grondwaterstand echter verstrengeld met andere factoren (temperatuur, management, bodemeigenschappen). In korte studies, waarin een sterke schommeling van de grondwaterstand optreedt, is deze verstrengeling minder groot. Deze korte studies zijn echter minder geschikt voor het kwantificeren van grondwaterstandbeheer op N2O-emissie, omdat hiervoor gegevens over een langere periode nodig zijn.


Aanhangsel 3

Incubatieproef

Opzet

In 2000 is een incubatieproef uitgevoerd met verschillende hoeveelheden en concentraties stikstof in urine (ROB-project 1, beweiding). In deze proef zijn ook effecten van verschillen in vochttoestand meegenomen. Enkele behandelingen geven inzicht in de effecten van verschillen in vochtgehalten: • Concentratie stikstof in de urine (constante hoeveelheid N bij verschillende volumes urine leiden tot verschillende vochtgehalten in de bodem) • Initieel vochtgehalte in de bodem • Compactie (verdichting van de bodem, leidt tot een kleiner poriënvolume waardoor bij eenzelfde hoeveelheid water in de bodem minder lucht in de bodem aanwezig is). De behandelingen zijn in duplo toegepast op potten met een inhoud van 1 liter en gevuld met 500 g zandgrond afkomstig van Droevendaal. De potten vormen een bijna gesloten systeem, stikstof kan alleen in gasvorm (N2, NH3 of N2O) de potten verlaten. De metingen zijn direct na de toediening dagelijks uitgevoerd, daarna is gedurende 4 maanden 2 keer per week gemeten. Omdat de vochtgehaltes niet zijn gemeten zal worden geprobeerd deze met de beschikbare gegevens te herleiden. Om deze behandelingen te kunnen realiseren is gebruik gemaakt van synthetische (in het lab samengestelde) urine. De lachgasmetingen zijn uitgevoerd met een fotoakoestische analyser. Er zijn 27 metingen in een periode van 15 weken uitgevoerd. De proef is in september 2000 afgerond.

Resultaten • •

•

•

•

Uit de incubatieproef (Groenigen et al. 2004a) blijken de hoeveelheid stikstof en het bodemvochtgehalte de emissie van lachgas in sterke mate te bepalen De emissie is het grootste direct na de start van de proef en neemt daarna af, de totale emissie wordt in belangrijke mate veroorzaakt door de emissiepiek direct na toedienen van de urine. De behandeling met concentraties geeft inzicht in het effect van het vochtgehalte: de toegediende volumes verschillen terwijl de toegediende hoeveelheid stikstof constant is. De emissies worden sterk beinvloed door de de initiele vochttoestand en door de toegediende hoeveelheid vocht (Tabel 3). De emissie neemt toe naarmate een vochtiger toestand wordt gecreëerd maar neemt bij het bereiken van een nog nattere toestand vervolgens af omdat door het bereiken van anaërobie N2 ipv N2O wordt geëmitteerd. Wanneer alleen urine wordt toegediend is er geen verschil tussen de emissie uit de initieel droge en de initieel vochtige grond, wanneer ook mest aanwezig is, is de emissie uit de initieel vochtige grond iets groter dan de emissie uit de initieel droge grond. De incubatieproef laat zien dat verdichte bodem (behandeling compactie) zich inderdaad gedraagt als de meest natte grond: de emissie is veel groter dan vanuit niet verdichte behandelingen.


41

Tabel 3 Emissiefactoren (% van de toegediende stikstof) bij verschillende volumes vocht Behandeling Droog Vochtig Vochtig en verdicht Vochtig plus mest Vochtig en verdicht plus mest

42

12.7 ml 0.9 2.0 7.6 15.5 4.0

25.4 ml 0.7 2.3 9.0 17.2 2.3

50.8 ml 3.0 4.1 3.9 4.2 1.8

101.6 ml 3.3 2.6 1.7 4.3 2.1


Aanhangsel 4

Veldproef Droevendaal

Opzet

In augustus 2000 is op proefboerderij Droevendaal op basis de incubatieproef een proef met behandelingen van verschillende urine- en mestgiften op een perceel grasland gestart. Om het effect van bodemvocht te bepalen zijn behandelingen met verschillende hoeveelheden kunsturine met verschillende concentraties stikstof toegediend. Neerslag en verdamping zorgen voor continue veranderingen in het bodemvochtgehalte. De lachgasmetingen zijn uitgevoerd met een fotoakoestische analyser. Naast de lachgasemissie zijn gemeten: • Het vochtgehalte in de bovenste 10 cm van de bodem • De bodemtemperatuur De proef is in 2000 en 2001 9 keer tijdens het groeiseizoen uitgevoerd waarbij gedurende 4 weken 2 maal per week is gemeten. In de eerste week zijn kortere intervallen tussen de metingen aangehouden. De proef is december 2001 afgesloten. In 2000 zijn op het graslandperceel van Droevendaal in deze urineproef peilbuizen geïnstalleerd waarin de grondwaterstanden worden gemeten. In een van deze peilbuizen is een datalogger geplaatst die de grondwaterstanden continu registreert. In april 2001 zijn in de directe omgeving van deze peilbuis op verschillende dieptes sensoren geplaatst waarmee het bodemvochtgehalte continu wordt gemeten. Omdat de neerslag op de proefboerderij wordt gemeten en op het weerstation Wageningen (controle) zijn hierdoor de gegevens beschikbaar om de gevraagde relatie tussen vochtgehalte in de bodem en neerslag en grondwaterstand af te leiden. Deze meetopstellling is in juni 2002 opgeruimd. De resultaten zijn nog niet geanalyseerd en gedocumenteerd.

Resultaten •

•

Ook uit de veldproef (Groenigen et al. 2004b) blijken de bodemvochtgehaltes de emissie van lachgas in sterke mate te bepalen: verschillende volumes urine (met een constante hoeveelheid stikstof) leiden tot een toename van de emissie (en emissiefactor). Bij extreem grote giften neemt de emissiefactor af, de beschikbare stikstof spoelt bij dergelijke giften uit naar het grondwater en/of emitteert al N2 i.p.v. N2O door de anaërobe condities. De lachgasemissies treden op in pieken. Deze zijn het gevolg van tijdelijk hogere vochtgehaltes na toedienen van de behandeling of na neerslag. Het vochtgehalte in de wortelzone heeft grote invloed op het optreden van de emissie van lachgas uit grasland: in droge situaties wordt nauwelijks of geen emissie gemeten, direct na neerslag worden hogere emissies gemeten (Fig. 3). Dit effect is zichtbaar voor alle behandelingen behalve die waar geen stikstof aanwezig is.


43

5.00E+01

Gewichtverlies

4.00E+01

3.00E+01

2.00E+01

1.00E+01

0.00E+00 8/9

8/23 date

Figuur 3. Effect van neerslag op de emissie van lachgas voor uitgevoerde behandelingen. Neerslag is 1 dag voor de gemeten pieken gevallen (de lineair geïnterpoleerde lijnen illustreren de boodschap maar beschrijven de emissiepiek niet correct!). • •

•

•

44

Opnieuw blijkt compactie tot hogere emissies te leiden. De variatie in resultaten binnen de behandelingen is groter dan bij de (volledig gecontroleerde) incubatieproef. Dit wordt veroorzaakt door ruimtelijke verschillen in bodem, de aanwezigheid van een gewas en van de in tijd en ruimte variërende bodemvochtgehalten. Structurele seizoeneffecten kunnen niet worden aangetoond op basis van een proef met een looptijd van 1 jaar door de grote variatie in neerslagverdeling binnen 1 jaar en tussen de verschillende jaren. Met continu gemeten grondwaterstanden kunnen de toegevoegde waarde van continue emissiemetingen worden aangetoond: tussen twee opeenvolgende incidentele emissiemetingen kunnen aanzienlijke pieken in grondwaterstanden en daaraan gerelateerd emissies van lachgas voorkomen. Ook laat deze figuur zien dat de grondwaterstanden op korte afstand variëren (ruimtelijke variatie), en dat deze variatie tijdafhankelijk is (de verschillen in grondwaterstanden op beide punten is niet constant). De fluctuaties in vochtgehalten van de wortelzone en daarmee van de lachgasemissie zullen als gevolg van neerslag of beregening nog groter zijn.


Aanhangsel 5

Beregeningsproef Droevendaal

Opzet

In 2000 is op Droevendaal een beregeningsproef uitgevoerd. Doel van deze meting was om te onderzoeken of na beregening hogere emissies (kunnen) worden gemeten en zo ja op welk tijdstermijn deze optreden (om te bepalen wanneer en met welke intensiteit na beregening moet worden gemeten). Daartoe is kunstmest toegediend gevolgd door beregening en zijn met intervallen van uren (afnemende intensiteit) metingen verricht gedurende uiteindelijk 3 dagen (2000). In 2001 is deze proef herhaald.

Resultaten

De in 2000 gemeten piekemissies bij de beregeningsproef (Fig. 4) waren i.c.m. bemesting extreem hoog en traden op gedurende een kort tijdsinterval (binnen 24 uur). Vrijwel direct na beregening (bij aanwezigheid van mineraal stikstof) ontstaat een scherpe, zeer hoge emissiepiek. Niet bekend is of de gemeten piek ook de werkelijk opgetreden piek weergeeft (‘grote tijdintervallen’ rond de hoogste waarde).

•

Effect van beregening (neerslag) op de lachgas-emissie 2000

N2O-emissie (ug N.m-2.uur-1)

100 kg KAS + beregening 100 kg KAS + beregening

1500

beregening 100 kg KAS 1000

500

0 0

6

12

18

24

30

36

42

tijd na beregenen (uur)

48

54

60

66

72

Figuur 4. Lachgas-emissie na beregening (proef 2000) •

In 2001 werd na beregening in het geheel geen emissie van lachgas gemeten. Bij de uitvoering van deze proef was de bodem extreem droog. Dit wijst op zeer geringe activiteit van bodemorganismen op dat moment (stikstof en bodemvocht zijn door de proefopzet ruim aanwezig). Langer doormeten heeft aangetoond dat het vochtgehalte of de stikstofbeschikbaarheid niet limiterend zijn omdat ook na een aanloopperiode de bodemprocessen en daarmee de lachgasemissie niet op


45

gang kwamen. Geconstateerd wordt dan ook dat andere factoren in deze omstandigheden limiterend zijn geweest, daarbij wordt vooral gedacht aan de beschikbaarheid van koolstof.

46


Aanhangsel 6 Peilbeheer Zegveld Opzet

Op het proefbedrijf Zegveld (Hollands-Utrechts veenweidegebied) worden al jarenlang 2 peilen gehandhaafd (polderpeil ca. 60 cm-mv en een ondieper peil van ca. 30 cm-mv) om de effecten hiervan op de bodemdaling te bepalen (Beuving en Van den Akker, 1996). In het verleden is op Zegveld ook N2O gemeten (Velthof, 1997). Omdat geen andere bestaande proeven naar peilbeheer op veen beschikbaar zijn en omdat het derde plas-dras perceel een meerwaarde levert, is opnieuw aangesloten op deze bestaande proeven naar effecten van waterbeheer. De emissies van lachgas zijn in achtvoud gemeten midden op de twee percelen (waarvan de een ‘nat’ en de ander ‘droog’) rond bestaande grondwaterpeilbuizen. Verder zijn ook de bodemtemperatuur en het vochtgehalte gemeten. De metingen zijn 2-wekelijks uitgevoerd vanaf juni 2000 tot juni 2001.

Resultaten •

•

• • • •

De grondwaterstanden op de percelen worden gestuurd door het peilbeheer en door de neerslag. In de zomerperiode zakken de grondwaterstanden voor het hogere peil minder diep uit. In de winterperiode (neerslagoverschot) zijn de verschillen tussen beide percelen beperkt. De bandbreedte van de op dezelfde locaties waargenomen fluxen lachgas is groot. Dit duidt op grote ruimtelijke verschillen. De ruimtelijke variatie in de emissie van lachgas is groot. Om de emissies goed te kunnen schatten zijn of veel meetpunten nodig of moeten nieuwe meettechnieken worden ontwikkeld om perceel- dan wel gebiedgemiddelde emissies te meten. Recente ontwikkelingen in micrometeorologische meettechnieken zijn in dit opzicht hoopvol (hoopvol (Jacobs, Moors en van der Bolt, 2003). Ook de variatie in de tijd is aanzienlijk. Enorme uitschieters in de emissie zijn opgetreden. Ook Velthof (1997) heeft dergelijke uitschieters gemeten. Om een goed beeld te krijgen van de emissie van lachgas zijn continue metingen nodig. Toch zijn duidelijke seizoenseffecten zichtbaar: de emissies van lachgas zijn in de winterperiode lager dan in de zomerperiode en worden soms bijna gelijk aan nul. De ruimtelijke en temporele variatie maken het schatten van de werkelijk opgetreden emissies voor percelen via metingen met fluxkamers bijna onmogelijk. De metingen zijn niet systematisch uitgevoerd na het optreden van neerslag. Het is dan ook lastig het effect van neerslag aan te tonen op basis van deze dataset. Geprobeerd is het effect van een 5-daagse periode voor waarneming te beschouwen. De correlatie met de neerslagsom van de 5 dagen voorafgaand aan de waarnemingen blijkt gering: de correlatiecoëfficiënt voor het droge perceel bedraagt 0.17 en 0.006 voor het natte perceel. De hogere correlatie voor het droge perceel wordt verwacht, op het droge perceel is het vochtgehalte in de wortelzone systematisch lager waardoor de bijdrage van neerslag groter zal zijn dan op het natte perceel.


47

•

•

Een relatie met de bemesting is niet aan te tonen. Soms is na bemesting een hoge emissie gemeten, andere keren niet. De hoogste emissies zijn niet gemeten nadat mest is toegediend. Om de relatie met bemesting aan te tonen zijn referentiemetingen op een niet-bemest veld nodig. De verhouding in de emissiefactor tussen het droge en natte perceel bedraagt op basis van de normale verdeling 1.5. Wanneer een logistische verdeling wordt gebruikt zijn de jaargemiddelde emissies 108 resp. 43 g N m-2 d-1 en is de verhouding in emissies tussen droog en nat 2.5 (Tabel 4).

Tabel 4. Emissies voor droog en nat perceel en de verhouding voor verschillenden verdelingen. N2O-emissie ( g N m-2 uur-1) Verhouding droog/nat droge perceel nat perceel Rekenkundig jaargemiddelde 210 144 1.46 Logistisch jaargemiddelde 108 43 2.51

•

• •

•

48

Op het droge perceel wordt meer lachgas geproduceerd (144 mg N ha-1 dag-1 op het natte perceel en 210 mg N ha-1 d-1 op het droge perceel) De 15 % hogere mestgift op het natte perceel vormt geen verklaring voor dit verschil, integendeel, ondanks de hogere mestgift is de emissie lager dan op het droge perceel. Er zijn twee verklaringen: 1. Op het droge perceel oxideert meer veen en daardoor komt meer stikstof vrij dan op het natte perceel. Naast de mestgift moet rekening worden gehouden met de door mineralisatie van het veen vrijkomende hoeveelheid stikstof (aanhangsel 9). Voor het natte perceel wordt de jaarlijkse stikstofproductie geschat op 162 kg N ha-1 jaar-1 (zakking 3.4 mm jaar-1) en voor het droge perceel op 284 kg N ha-1 jaar-1 (zakking 6.3 mm jaar-1). 2. Door neerslag ontstaan op het natte perceel vaak zeer natte omstandigheden (water aan maaiveld) met anaerobie en wordt N2 ipv N2O geëmitteerd. De natte omstandigheden zullen echter met name optreden in de winterperiode wanneer de biologische activiteit als gevolg van lage tempe-raturen vrijwel stil staat en de emissie van zowel lachgas als stikstof gering zullen zijn. Op deze momenten blijken ook de verschillen in grondwater-standen tussen beide percelen klein te zijn zodat geconstateerd wordt dat met name de verschillen in mineralisatie van veen de verschillen in de emissie veroorzaken. In het veenweidegebied bij ROC Zegveld kan de emissie van lachgas worden gereduceerd via verhogen van de oppervlaktewaterpeilen. Om de effecten van peilbeheer op de emissie van veengronden via veldproeven te bepalen moeten vergelijkbare proeven voor verschillende veenbodems, oppervlaktewaterpeilen en bedrijfsvoering worden uitgevoerd. Om de resultaten van de uitgevoerde proef breder toepasbaar te maken kan via modellen in de tijd worden geïnterpoleerd en moet naar bodemtype en bedrijfsvoering worden geëxtrapoleerd. Een poging daartoe is ondernomen (Jacobs, Moors en Van der Bolt, 2003). De resultaten zijn bemoedigend en laten zien dat combineren van meetgegevens uit veldproeven met modellen daadwerkelijk kan worden gebruikt om emissiefactoren beter te benaderen en beschouwen. Wanneer de emissies van lachgas goed met modellen kunnen worden berekend is het mogelijk de effecten van maatregelen in bedrijfsvoering en in waterbeheer voor verschillende bodems te voorspellen.


Aanhangsel 7 Peilbeheer Ny Bosma-Zathe

Opzet

Op dit nieuwe bedrijf worden peilvakken met verschillende waterstanden ingericht. Nij Bosma-Zathe krijgt 2 peilen binnen het bedrijf, tussen deze peilvakken is ook een perceel gelegen dat een gradiënt in grondwaterstand zal krijgen. Daarnaast start een proef naar productieverliezen van grasland bij overstroming; dit kan worden gezien als een (lokaal ingesteld) extra peil. Het is mogelijk om aanvullende metingen te verrichten voor ROB. Gemeten wordt in de twee peilvakken (peil 1.20 en 0.80 mmv) en de overgangszone (gradiënt) met 3 of 4 meetlocaties waarop minimaal 3 fluxkamers worden geplaatst (herhalingen). De metingen worden wekelijks uitgevoerd in de periode maart tot en met november (afhankelijk van peilbeheer). Na mestgift en grote neerslaghoeveelheden wordt vaker gemeten. Naast lachgas worden ook grondwaterstanden, vochtgehalten en temperatuur meten. Ook wordt geprobeerd op 1 locatie grondwaterstanden en vochtgehalten continu te meten om via extrapolatie het effect van de maatregel op jaarbasis te kunnen bepalen. Geprobeerd wordt aanvullende gegevens (mineraal N, organische stofgehalte, neerslag, gewasopbrengsten) via andere proeven te krijgen.

Resultaten

Door de MKZ-crisis, het natte najaar van 2001 en het natte voorjaar van 2002 zijn de peilvakken op dit nieuwe proefbedrijf nog niet aangelegd en kon deze proef niet binnen de voor ROB beschikbare tijdperiode worden uitgevoerd.


49

Aanhangsel 8 Peilbeheer Vredepeel

Opzet

Proef 3.2 Peilbeheer in zand, Vredepeel In 2001 is door ROB onderzoek naar peilverhoging uitgevoerd op een bedrijf in het zandgebied, waar PPO-Lelystad onderzoek wordt verricht. Door het PPO wordt op de locatie Vredepeel onderzoek verricht naar de landbouwkundige en milieukundige gevolgen van verhoging van het slootpeilen. In samenwerking met waterbeheerders zijn kunstmatige slootpeilen gecreëerd op 2 percelen. Binnen beide percelen zijn 2 peilen aangelegd. In 2001 wordt per perceel één gewas geteeld: suikerbieten en conservenerwten. Het perceel met conservenerwten is niet geanalyseerd op N2Oemissie, omdat door het ontbreken van bemesting en het vastleggen van stikstof door de erwten geen meetbare N2O-emissie worden verwacht. Op het perceel met suikerbieten zijn 3 bemestingsniveaus toegepast op 12 plots. Op dit perceel zijn 4 meetsessies uitgevoerd in het voorjaar van 2001. Daarbij is in iedere plot een meting verricht.

Resultaten

Op het perceel met suikerbieten zijn in het voorjaar van 2001 op 4 data metingen uitgevoerd. De mest is ruim voor de eerste meting toegediend, de emissie na mesttoediening is niet bekend. De resultaten onderscheiden voor het droge en het nat deel van het perceel zijn gegeven in tabel 5. Na 4 metingen waren de emissies (bijna) nul en zijn de metingen gestaakt. De resultaten komen niet overeen met de bevindingen uit de literatuurstudie. Een verklaring kan zijn dat op het droge perceel gewasresten van het vorige groeiseizoen mineraliseren. Omdat de beschikbare metingen beperkt zijn, omdat de initiële toestand van de bodem als gevolg van de teelt van het vorige jaar niet bekend was en omdat de emissies na toedienen van de mest niet zijn gemeten is besloten deze proef niet verder te analyseren. Tabel 5. N2O-emissie (concentratie in fluxkamer in ppb) gemeten opVredepeel. Veldmeting Nat Droog Datum Gemiddeld Standaardafwijking Gemiddeld Standaardafwijking 20-Apr-01 404 154 498 287 27-Apr-01 46 52 119 84 15-May-01 44 24 33 37 22-May-01 14 15 -5 15


51

Aanhangsel 9 Berekening van N-productie door maaivelddaling Voor de percelen 13 en 16 zijn de waarnemingen aan maaivelddalingen door Beuving en van den Akker (1996) omgerekend naar een N-productie. Deze auteurs berekenen voor een aantal percelen via regressieanalyse de zakking per bodemlaag van 15-40 cm, en een totale maaivelddaling inclusief inklinking. Voor elke bodemlaag boven het gemiddeld laagste grondwaterpeil (GLG) wordt de bijdrage aan de zakking via oxidatie en irreversibele krimp berekend. Voor de bodemlagen beneden GLG wordt aangenomen dat zakking toe te schrijven is aan inklinking van het bodemprofiel. Aangenomen wordt, dat het aandeel van irreversibele krimp klein is in vergelijking met oxidatie. Startpunt van de berekening is het organisch stofgehalte per bodemlaag op de percelen 13 en 16. De definitie van de onderste lagen is aangepast aan de waarnemingen van Beuving en van den Akker (1996). De organisch stof gehaltes zijn in de tweede kolom van tabel 6 gegeven. De derde kolom bevat het aandeel dat elke laag heeft aan de zakking, berekend via de data in tabel 19 van Beuving en van den Akker (1996). Deze data zijn via weging op basis van laagdikte omgerekend naar de aandelen van de hier gebruikte dunnere bodemlagen aan de totale zakking via oxidatie. Het gemiddelde aandeel van oxidatie aan de totale zakking is 61.6% van 5.5 mm jaar-1 bij perceel 13 (“nat”) en 74.5% van 8.5 mm jaar-1 bij perceel 16. De vierde kolom in de tabel 6 is de berekende N-productie per laag, per jaar en per hectare, bij een stikstof gehalte van het organisch materiaal van 2,5% (Hendriks, 1993). De totale zakking door oxidatie en de bijbehorende N-productie zijn per profiel gesommeerd. Een deel van de geproduceerde hoeveelheid N kan als N2O ontwijken, een overige deel wordt via het gras afgevoerd, ontwijkt als N2 of spoelt uit. De berekende hoeveelheden gemineraliseerd N van 130 (het natte perceel, peil 20 cm-mv) en 230 kg N ha-1 jaar-1 (droge perceel, peil 70 cm-mv) komen goed overeen met de orde grootte van 100 (ontwatering 20 cm-mv) tot 400 (ontwatering (70 cm – mv) kg N ha-1 jaar-1) zijn (Schothorst) Ruim de helft wordt opgenomen door het gewas; de rest zal nagenoeg volledig denitrificeren.


53

Tabel 6. Schatting van de N2O-emissie uit maaivelddaling bij de percelen 13 en 16 van ROC Zegveld. Bodemlaag Org. Stof Zakking N -productie -3 -1 -1 (kg m ) (mm) (kg ha jaar ) (cm) Perceel 13

0.00- 0.10 0.10- 0.20 0.20- 0.30 0.30- 0.40 0.40- 0.50 0.50- 0.59

255 212 161 134 123 132

0.94 0.89 0.53 0.47 0.31 0.25 3.39

60 47 21 16 10 8 162

252 211 191 174 139 149 146 130 130

1.26 0.87 0.48 0.82 1.05 0.58 0.37 0.37 0.54 6.33

79 46

Totaal Perceel 16

0.00- 0.10 0.10- 0.20 0.20- 0.30 0.30- 0.40 0.40- 0.50 0.50- 0.60 0.60- 0.70 0.70- 0.80 0.80- 0.94

Totaal

54

23 36 36 22 13 12 17 284


Beperking van lachgasemissie door water- en peilbeheer en bij beregening

Recommend Documents