Assimilatie en Osmose
Al lange tijd bekend
Door de groei van de gewassen te 1bestuderen, kon prof. R. A. Feddes van de Landbouw Hogeschool Wageningen, de latere Wageningen Universiteit, door de hoogte van de grondwaterspiegel hmv, ten opzichte van het maaiveld, te bestuderen een onderscheid maken tussen het osmose verlies, het bemesting verlies en het assimilatie verlies door de groei van de planten te bestuderen, die de nutriënten (mest stoffen waarvan stikstof NO3 de belangrijkste is) door assimilatie opnemen. Deze verliezen staan ook bekend onder de naam nat schade, overbemesting en droogte schade.
Over het functioneren van de bodem
Laat hmv de hoogte van de grondwaterspiegel zijn. Er gaat mest verloren naar de bodem:
- Door het osmose verlies, als de grondwaterspiegel hmv tussen g.b.{h,hh} of hoger staat.
- Door het bemesting verlies als gevolg van overbemesting,
- Door het assimilatie verlies, als de grondwaterspiegel hmv lager dan g.b{ll,l} staat.
Het is bij de studie van het klimaat, van groot belang dat deze 3 oorzaken van elkaar gescheiden worden. Omdat hmv een toestandsvariabele is die een functie is van de plaats (x,y) en de tijd (t) en we geïnteresseerd zijn in hoogkwalitatieve winvelden die als eigenschap hebben dat er geen meststoffen onnodig in de biotoop komen, moet het assimilatie predicaat voldaan worden, voor een gegeven gewas g, op een bodem b. Als dat predicaat voldaan wordt voor alle (x,y) en voor alle (tk), zal een hoogkwalitatief water winveld te ontstaan, waarin geen meststoffen naar de bodem verloren gaan indien de agrariers het overbemesting predicaat
overbemesting (mest_gift) = 0, voldoen.
Assimilatie predicaat
Het assimilatie predicaat, nodig voor de realisatie van een hoogkwalitatief water winveld wordt voldaan voor alle (x,y,t) in het winveld A, als:
g.b.hmv(l) < h(x,y,tk) + mv(x,y) <= g.b.hmv(h) (1)
voldaan wordt.
De hoogte h, van de grondwaterspiegel moet zich volgens (1) voor alle (x,y) en (tk) bewegen in het interval g.b,hmv{l,h}.
De daartoe aangewezen Nederlandse overheidsinstantie, het RIVM, volstaat echter met het meten van de stikstof concentratie, en de WUR en het PBL splitsen het mest verlies naar de bodem niet uit naar het assimilatie verlies en het bemesting verlies, of het osmose verlies en het bemesting verlies.
spreken ook uitsluitend over het mestverlies naar de bodem, dus zonder een onderscheid te maken naar het ontstaan van de mest verliezen.
De KRW-norm
De Kaderrichtlijn Water (KRW) schrijft voor dat de stikstof concentratie < 50mg/l in de bodem is aan het eind van het teeltseizoen.
wel is voorgeschreven wordt in de KRW wetgeving. Daardoor wordt een grote fout gemaakt, die ervoor zorgt dat er geen realistische werkwijze meer bestaat om de doelstelling van een stikstof concentratie < 50mg/l in de bodem te kunnen realiseren. De reden daarvoor is dat de drinkwatersector zich van geen kwaad bewust is, waardoor het mest verlies in z'n geheel (zonder deugdelijke motivering) wordt toegeschreven aan de agrariërs, terwijl de drinkwatersector juist de assimilatie verliezen veroorzaakt.
- FL Naus, D van Gils, TJ Brussée
Toestand en trend van de ondiepe en middeldiepe grondwaterkwaliteit in Nederland zoals gemeten in het Landelijk Meetnet Grondwaterkwaliteit
Elk gewas g. heeft een mest_behoefte die ik normeer op 100% en realiseert een mest_opname ≤ 100% als functie van de hoogte van de grondwaterspiegel ten opzichte van het maaiveld hmv.
Bij de assimilatie curve wordt onderscheid gemaakt tussen een 3-tal intervallen op basis van 4 waarden van de hoogte, {ll, l, h, hh}. Daarbij wordt bij de hoogte rekening gehouden met de exponentiele dikte van de waterfilm die zich hecht aan de bodem.
Voor de berekening van de effecten op de groei die ontstaan als gevolg van de verandering van de grondwaterspiegel, werd door de agrohydrologen van de Landbouw Hogeschool te Wageningen, het teeltseizoen opgedeeld in 12 intervallen van 10 dagen. Daarbij wordt per gewas g, en per bodem b, rekening gehouden met de gemiddelde hoeveelheid ingestraalde energie van de zon en de ontwikkeling van de lengte van de wortels. Op die manier kan de maximale groei bepaald worden en ook geijkt worden aan een standplaatsvergelijking.
In de praktijk zijn er erg veel bodems en ook erg veel gewassen mogelijk. Daarom wordt vaak met gras gewerkt als referentie gewas, omdat in dat geval ook theoretische inzichten over de gewasverdamping meegenomen kunnen worden. Dit soort zaken zijn, belangrijk maar ik ga daar hier niet verder op in omdat ik wil laten zien hoe de processen samenhangen en de natuur en het klimaat beïnvloeden. Dit is belangrijk, omdat vele klimaatmodellen uitgaan van het idee dat je de invloed op het klimaat kunt berekenen door een gewogen som van de CO2 uitstoot te bepalen, terwijl ik juist probeer om de oorzaak -> gevolg relaties in beeld te brengen.
Dit verschil wordt pijnlijk duidelijk als de Wageningen Universiteit probeert om mee te zeilen op klimaat argumenten en probeert om de vorming van methaangas in polders te minimaliseren, daarbij wordt de uitstoot van methaan in vergelijking met CO2 met een factor 80 gewogen.
Door de grondwaterspiegel hmv te verhogen, door de polderbemaling aan te passen, wordt het osmose verlies zo groot dat de KRW-norm die stelt dat de stikstofconcentratie < 50mg/l gerealiseerd zal worden, en < 100mg/l in open water überhaupt niet meer realiseerbaar is.
Sterk niet-lineair
Omdat deze processen sterk niet lineair zijn, maar wel van groot belang zijn voor het ontwerpen van hoogkwalitatieve winvelden, willen we graag teruggrijpen op wiskundige principes die krachtig, én eenvoudig zijn. Als we proberen om de maximale groei te realiseren, dan is het goed dat we weten dat de groei altijd positief is. Daardoor weten we dat de maximale groei gerealiseerd wordt als de groei in elk interval van 10 dagen maximaal is. Als de mestgift en de mestbehoefte positieve waarden zijn dan moet de voorwaarde mestgift < mestbehoefte, voor alle (x,y) en (t) in het winveld voldaan worden om een zo klein mogelijk bemesting verlies te realiseren. Op vergelijkbare wijze vinden we voor een klasse gewas g. en een bodem b.
Assimilatie verlies
droogte schade
α(hmv)=gemiste_groei (hmv, ll, l) in %.
als gevolg van verandering van de grondwaterspiegel hmv.
en
Bemesting verlies
overbemesting
β (mest_gift) = if (mest_behoefte < mest_gift)
then (metst_gift - mest_behoefte)
else 0.
De mest_behoefte van het gewas g. op bodem b. wordt iets kleiner bij slecht weer. Daardoor kan bij een mest_gift van 100% volgens deze definitie een (klein) bemestingsverlies ontstaan.
en
Osmose verlies
nat schade
γ(hmv)=gemiste_groei (hmv, h, hh) in %.
als gevolg van verandering van de grondwaterspiegel hmv.
Het werk van prof. R.A. Feddes, z'n medewerkers en z'n collega's bij de FAO, was belangrijk omdat gewassen uitsluitend groeien als ze gelijktijdig kunnen beschikken over nutriënten (mest) én water en ook geen nat schade oplopen door osmose. Dit is heel belangrijk voor de biotoop van het leven, en daarom ook voor de natuur en het klimaat.
