Geleenbeekdal kalkmoeras

Invloed van vermest grondwater op kwelafhankelijke ecosystemen

Kennisnetwerk OBN
9-MRT-2021 - Als gevolg van decennialange bemesting op landbouwgronden in infiltratiegebieden, zullen kwelafhankelijke natuurgebieden in beekdalen steeds meer last hebben van de vervuilende stoffen. Kennisnetwerk OBN deed onderzoek naar het effect van belastende stoffen en bekeek hoe beheerders hier het beste mee om kunnen gaan.
Deel deze pagina

Figuur 1: processen die optreden langs de stroombaan tussen infiltratiegebied en kwelzones in beekdalen. Kwelgebieden in beekdalen (1) worden gevoed met water dat op zekere afstand in de bodem infiltreert (2) en vandaar ondergronds naar het lager gelegen beekdal stroomt (3) en daar omhoog stroomt naar de bodem (5). De samenstelling van kwelwater wordt beïnvloed door een veelheid van processen, zowel in het brongebied (het infiltratiegebied), langs de stroombaan van het grondwater, als in de kwelzone. Afhankelijk van de eigenschappen van de ondergrond (4) en de bodem (6) van de kwelzone kan de chemische samenstelling van het kwelwater door geochemische processen van het infiltrerend water. Het landgebruik in infiltratiegebieden bepaalt de samenstelling van het infiltrerende grondwater, en de hoogteligging en oppervlakte ervan de stroomsnelheid van het grondwater en daarmee de kwelflux. SLD = slecht doorlatende laag (bijvoorbeeld kleipakket)

Neerslag die op de bodem valt en in de grond zakt, neemt allerlei stoffen mee. Het water komt elders weer boven de grond als kwelwater in beekdalen waar zeldzame vochtige en natte natuurtypen, zoals zeggenmoerassen en blauwgraslanden, voorkomen. De afgelopen decennia zijn infiltratiegebieden als gevolg van landbouwkundig gebruik aanzienlijk bemest, zodat ongewenste stoffen, waaronder nitraat, naar het grondwater uitspoelen en momenteel of op termijn de kwelzone van natuurgebieden bereiken. In beperktere mate draagt ook atmosferische depositie van stikstof bij aan nitraatuitspoeling naar het grondwater. In de vorige eeuw spoelde door de hoge zwaveldepositie ook veel sulfaat uit. Met medefinanciering door de provincies Drenthe, Gelderland, Limburg en Overijssel heeft het Kennisnetwerk OBN laten uitzoeken of deze stofstromen door grondwatertransport zijn te kwantificeren en of er handvatten zijn voor beheerders om vast te stellen wanneer dergelijke toestroom een knelpunt kan zijn voor hun gebieden. Dit onderzoek is daarmee dus relevant voor beleidsmakers en beheerders, omdat het kennis oplevert om de effecten van belastende stoffen in grondwater op kwelafhankelijke ecosystemen te beoordelen.

Honderden jaren onderweg

Omdat het transport van de stoffen door het grondwater van veel factoren afhangt en lokaal en regionaal flink kan verschillen (figuur 1), hebben de onderzoekers van KWR en de Universiteit Antwerpen noodgedwongen voor een conceptuele insteek gekozen. De nadruk ligt daarmee vooral op het bieden van kwalitatieve handvatten en op het inzichtelijk maken van de relatieve verschillen tussen verschillende situaties. Zo blijkt uit de bestudeerde literatuur dat er een grote range is aan verblijftijden van het water: er zijn beekdalen met een klein intrekgebied (tot enkele honderden meters breed) met een geringe verblijftijd van enkele jaren tot ongeveer dertig jaar, maar ook beekdalen die gevoed worden vanuit grotere intrekgebieden (breedte > 1 km) en naast jong grondwater ook ouder grondwater ontvangen, dat enkele eeuwen oud kan zijn. In landschappen met weinig reliëf variëren de kwelfluxen van 0,1-35 millimeter/dag maar in beekdalen in het heuvellandschap kan de kwelflux tot enkele tientallen millimeters/dag bedragen. De grote range in kwelfluxen werkt ook door in een grote range in stofbelasting van kwelgebieden.

Waterkwaliteit en stoffluxen

De onderzoekers hebben het pad gevolgd dat het water ondergronds aflegt. Een belangrijke stap is natuurlijk: hoeveel belastende stoffen komen in het water terecht? De nitraatconcentratie (NO3) in het uitspoelingswater van inzijggebieden hangt bijvoorbeeld niet alleen sterk af van de N-bemesting, maar ook van de grondwaterstand in het inzijggebied. Onder droge bodems zijn NO3-concentraties veel lager dan onder bodems met een hoge grondwaterstand. Dit komt door een sterkere denitrificatie in natte bodems. Vervolgens ondergaan de stoffen in de bodem ook nog allerlei chemische processen. Zo kan nitraat onderweg worden omgezet in het onschadelijke stikstofgas, maar dit kan vervolgens wel leiden tot een hoge sulfaatconcentratie door oxidatie van pyriet. Dit zijn voor de grondwaterkwaliteit heel relevante processen en het is dus belangrijk om daar inzicht in te krijgen als je meer over de stofbelasting van kwelgebieden wil weten.

Op basis van stofconcentraties van het grondwater dat kwelzones bereikt en de kwelflux is gekeken naar de stofbelasting die kwelzones ondervinden. Bij een combinatie van relatief hoge stofconcentraties en kwelfluxen kunnen de stofbelastingen van nitraat en sulfaat zeer hoog zijn en daardoor potentieel grote biochemische effecten op kwelzones hebben (figuur 2).

Figuur 2: De stofbalans van minerale stikstof en zwavel in kwelzones. De toevoer van stoffen door toestroming van grondwater zijn gebaseerd op dit onderzoek en kunnen zeer groot zijn. Zo kan de stikstofbelasting door toevoer van grondwater vele malen groter zijn dan de atmosferische depositie

Vervolgens hebben de onderzoekers gekeken naar de effecten van deze stoffen op de abiotische processen in de kwelzones. Beide stoffen hebben wegens hun hoge reactiviteit effect op de bodemchemie van kwelzones. Zo zorgen beide stoffen voor anaerobe afbraak van organische stof in de bodem van kwelgebieden en daarmee voor mobilisatie van nutriënten. Zowel de afbraak van de organische stof, de ijzer- en zwavelchemie, de zuur/basenhuishouding, de N-mineralisatie en P-mobilisatie hebben vervolgens hun invloed op de vegetatie.

Een belangrijke bevinding is dat aanvoer van sulfaat door grondwater snel kan leiden tot opbouw van een zogenaamde zuurbom. Sulfaat accumuleert als sulfiden in de bodem. In droge periode oxideren die sulfiden en kunnen dan voor sterke bodemverzuring zorgen en daarmee een bedreiging voor basenminnende natuurtypen in kwelzones (figuur 3). Veel aanvoer van de oxiderende stoffen nitraat en sulfaat kan voor sterke afbraak van organisch materiaal zorgen; zoveel dat veenvorming onmogelijk is en op een langere termijn het veen verdwijnt.

Figuur 3: Afgestorven vegetatie in een kwelzone in Stroothuizen (NO-Twente) met toestroming van sulfaatrijk grondwater. Na een droge periode met lage grondwaterstanden is oxidatie van in de bodem geaccumuleerde sulfiden opgetreden waardoor de bodem sterk is verzuurd en veel basen zijn uitgeloogd. De groene vegetatie rond de afgestorven plek geeft aan dat er geen sprake is van droogtestress

Tijdbom

De analyse laat zien dat de mogelijke toestroom van de schadelijke stoffen voor de natuur in de kwelzones (zeer) groot kan zijn. De vraag is wat je daar als natuurbeheerder vervolgens aan kunt doen. Er zijn nog steeds heel veel belastende stoffen ‘onderweg’ vanuit de vervuiling uit de afgelopen decennia, die toen nog vaak veel hoger was dan nu. Er is sprake van een acuut probleem in gebieden waar jong grondwater toestroomt en voor veel gebieden met toestroming van ouder met nitraat en/of sulfaat verrijkt grondwater ook nog een tijdbom. Voor gebieden met jong grondwater biedt vermindering van de stofbelasting in het intrekgebied op een relatief korte termijn (decennia) een oplossing. Helaas is momenteel weinig meer te doen aan de vervuiling die onderweg is. Die komt er hoe dan ook aan, we weten alleen nog niet precies wanneer en in welke mate. In de natuurgebieden zelf, de kwelzones dus, kun je maar zeer beperkt mitigerende maatregelen nemen. Een duurzame oplossing voor kwetsbare kwelzones moet gezocht worden in vermindering van de stofbelasting en -uitspoeling in intrekgebieden. Daarbij moet gestreefd worden naar zowel lagere nitraat- als sulfaatconcentraties in het grondwater, met als doel de belasting met deze stoffen in kwelgebieden naar een ecologisch verantwoord niveau te verlagen. Daarvoor is het zinvol om uit te zoeken welke intrekgebieden sterk bijdragen aan de belasting van kwelzones met nitraat en sulfaat. Dat geeft voor het beleid handvaten voor een ruimtelijke uitwerking van maatregelen in intrekgebieden om beekdalnatuur meer duurzaam te maken.

Meer informatie

Tekst: Geert van Duinhoven en Neeltje Huizenga Kennisnetwerk OBN
Foto's: Camiel Aggenbach (leadfoto: Geleenbeekdal kalkmoeras); F. Eysink