Broeikasgassen en bodemdaling in de Nederlandse veenweidegebieden

Problemen met veengronden: broeikasgassen en bodemdaling

Bij de ontginning van veengronden in de Middeleeuwen werd de grondwaterstand verlaagd. Het veen ging inklinken, krimpen en werd afgebroken door micro-organismen (oxideren). Als gevolg daarvan daalde de bodem. De sterkste bodemdaling trad op in de 20e eeuw door efficiëntere ontwatering.

Bij de afbraak van veen komen broeikasgassen vrij (koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄) en lachgas (N₂O)). De processen van afbraak en bodemdaling gaan nog steeds door. De broeikasgassen dragen bij aan de opwarming van de atmosfeer. De bodemdaling geeft een risico op overstroming en kan schade veroorzaken aan bebouwing, wegen, kabels en leidingen. Waterbeheer wordt complexer en duurder.

De uitstoot van broeikasgassen uit veengronden vormt 2 tot 3% van de totale uitstoot in Nederland. De Nederlandse overheid heeft in het Klimaatakkoord gesteld dat de jaarlijkse uitstoot uit veengronden moeten worden teruggebracht met 1 Mton CO₂-equivalenten per jaar in 2030. Dat komt overeen met een afname van ongeveer 15% van de uitstoot uit alle veengronden in Nederland.

• Passieve waterinfiltratiesystemen (PWIS / onderwaterdrainage: drainbuizen in de bodem onder slootpeil);
• Actieve waterinfiltratiesystemen (AWIS / drukdrainage: drainbuizen in de bodem met pompgestuurde peilopzet);
• het verhogen van slootpeilen;
• paludicultuur (natte teelten);
• infiltratie van water in percelen via greppels;
• inmenging van klei in veengrond.

Bodemdaling meten

Met hoogtemetingen van het maaiveld meten de onderzoekers bewegingen van de bodem en van het bodemoppervlak in de onderzoekslocaties. WENR doet hiervoor waterpasmetingen van het maaiveld en van zakplaatjes in het bodemprofiel. Deltares gebruikt drones (LiDAR) en radarsatellietbeelden (InSAR) om de maaiveldhoogte te meten. Met extensometers wordt het uitzetten en inkrimpen van de bodem bepaald.

Grondwaterstand is een belangrijke factor voor broeikasgasuitstoot

De grondwaterstand bepaalt hoe diep zuurstof kan doordringen in de bodem. Zuurstof wordt in de bodem gebruikt door microben om koolstof om te zetten in CO₂. Hoe ondieper het grondwater, hoe minder zuurstof er kan binnendringen. De onderzoekers van het NOBV brengen de broeikasgasuitstoot in verband met de grondwaterstand. Uit de metingen blijkt dat hogere grondwaterstanden gedurende het jaar leiden tot een kleinere bodembeweging en tot minder daling van de bodem.

Veranderingen in de grondwaterstand laten ook zien of maatregelen effect hebben op de hydrologische processen in de bodem. In de onderzoekslocaties wordt de grondwaterstand met druksensoren gemeten in grondwaterpeilbuizen. Met deze metingen worden dwarsprofielen gemaakt van de grondwaterstand in de percelen. Deze vertellen of de drainbuizen effectief zijn in het hoog houden van de grondwaterspiegel in de bodem.

De gemeten grondwaterstanden worden ook gebruikt om de modellen te toetsen die de onderzoekers gebruiken om de hydrologische processen in bodem en ondergrond te beschrijven.

Planten op het bodemoppervlak nemen CO₂ op en stoten zuurstof uit naar de atmosfeer via fotosynthese. Dat gebeurt overdag met behulp van zonnestraling. Daarnaast gebruiken planten en organismen in de bodem zuurstof voor hun stofwisseling en om te groeien, ofwel om biomassa te maken. Tijdens dit proces wordt koolstof gebruikt uit de plant (bijvoorbeeld in de vorm van suikers) of uit de bodem (bijvoorbeeld uit mest maar ook uit veen). Bij het omzetten stoten ze CO₂ uit naar de atmosfeer. Dat proces heet ecosysteemrespiratie en vindt dag en nacht plaats.

De fotosynthese en ecosysteemrespiratie bepalen de netto uitstoot van CO₂ naar de lucht boven het maaiveld, samen met de aan- en afvoer van koolstof door bijvoorbeeld bemesting en oogst. De uitwisseling van CO₂ tussen de bodem en de lucht erboven is dus een complex samenspel tussen de weersomstandigheden, de groei en oogst van het gewas en de diepte tot waar zuurstof kan indringen in de bodem. Deze ingewikkelde balans noemen de onderzoekers het ‘Netto Ecosysteem-CO₂-Budget’ (NECB).

In het NOBV wordt de uitwisseling van gassen tussen bodem en lucht op drie schaalniveaus gemeten:

• in koepels van een halve vierkante meter die op het bodemoppervlak staan;
• met zogenaamde eddy-covariantiemetingen in meettorens voor enkele hectares;
• met metingen vanuit een vliegtuig voor het hele landschap.

De onderzoekers in het NOBV gebruiken modellen om de processen van fotosynthese en ecosysteemrespitatie te beschrijven. Doel van het modelleren is om de netto jaarlijkse uitstoot van CO₂ te schatten en om na te gaan hoe deze verandert door het toepassen van onderwaterdrainage.

• De gegevens van de onderzoekers geven aan dat waterinfiltratiesystemen (WIS) het Netto Ecosysteem-CO₂-Budget (NECB) verlagen. Met 95% betrouwbaarheid ligt dit getal tussen 0.3 en 7.8 ton CO₂ per ha per jaar.

  Maar het bewijs is zwak: de gegevens zijn er nog maar van twee jaar. Daarin was de zomer van 2022 droog en die van 2021 nat.

• Het jaarlijkse Netto Ecosysteem-CO₂-Budget (NECB) hangt samen met de gemiddelde grondwaterstand en met de grondwaterstand in de zomer. Hogere grondwaterstanden geven een lagere NECB en dus een lagere uitstoot van broeikasgassen.
• Onderzoekslocatie Vlist is in detail gemodelleerd. Op deze locatie is de invloed van de waterinfiltratiesystemen op de grondwaterstand klein. De modellen suggereren een afname in het Netto Ecosysteem-CO₂-Budget (NECB) van 1 tot 2 ton CO₂ per ha per jaar. Deze schatting komt overeen met de afname die bepaald is uit de metingen van de bodemdaling op deze locatie (1.1 ton CO₂ per ha per jaar).

De onderzoekers doen metingen aan grote grondkolommen in klimaatkamers om de relatie te begrijpen tussen veranderingen in de grondwaterstand en de uitstoot van broeikasgassen. In de klimaatkamers worden fluxen van de broeikasgassen CO₂, N₂O en CH₄ tegelijkertijd gemeten met het vochtgehalte, de zuigspanning, het zuurstofgehalte en chemische eigenschappen van het bodemvocht. Dat gebeurt bij verschillende waterniveaus in de grondkolommen. Andere omstandigheden, zoals de temperatuur, worden constant gehouden. Dat maakt het mogelijk het effect van een veranderende grondwaterstand afzonderlijk te bepalen.

• Water infiltreren in graslandpercelen blijkt effect te hebben op de grondwaterstand, met name in de zomer en vooral in droge jaren.
• De grondwaterstand heeft invloed op de jaarlijkse beweging van het maaiveld en ook op langjarige bodemdaling.
• Resultaten geven aan dat er zeer waarschijnlijk een relatie is tussen grondwaterstand en uitstoot van broeikasgassen.
• Niet alleen de grondwaterstand bepaalt de uitstoot van broeikasgassen: ook bodemtemperatuur, bodemvocht, de zuurgraad van de bodem, het gewas en het type veen zijn van invloed. Er wordt daarom ook onderzoek gedaan naar deze factoren.
• Modelleren van de hydrologie en koolstofbalans voor de locatie Vlist geeft inzicht in de processen die de uitstoot van broeikasgassen bepalen.