De bodemchemie
De bodemchemie
De natuur, het klimaat, de bodemchemie en de hydrologie hebben elk een eigen rol in het functioneren van de flora en fauna. Het hoofdstuk het volledige overzicht beschrijft al deze onderwerpen in onderlinge samenhang.
Historie van de bodemchemie
Prof. C. Van den Akker was de eerste die in 1970 de oorsprong van grootschalige verontreinigingen van de bodem had aangetoond in het Gooi. Hij schrijft bij zijn afscheid:
Alle watersystemen worden gedicteerd door het grondwater, zo wordt het polderpeil in de sloten bepaald door het grondwater. Nu heb ik het alleen nog maar over de grondwaterkwantiteit. De kwaliteitsgedachte zoals het transport van verontreinigingen, komt daar nog bij. In Delft had ik geleerd om technisch te denken in termen van grondwaterstanden maar met de komst van de kwaliteitsgedachte, zijn de disciplines van de chemie, biologie en ecologie erbij betrokken. Het vakgebied is daardoor veel complexer geworden en nog leuker....
Bij grondwater werd altijd alleen gekeken naar de grondwaterstanden en hoe die veranderden door een drinkwaterwinning. Men ging ervan uit dat het grondwater per definitie schoon was en dat al het vuil dat we in de bodem stopten vanzelf werd afgebroken. De bodem wist overal wel raad mee. Dat bleek opeens tegen te vallen toen in de jaren zeventig grootschalige grondwaterverontreinigingen werden ontdekt. In het Amsterdamse drinkwater werd bijvoorbeeld vlekkenwater, trichloorethyleen, aangetroffen. Men wilde weten hoe dat kon en waar dat vandaan kwam. Met mijn hulp kwamen ze erachter dat het tri al in de Gooise bodem zat, waar het drinkwater werd gewonnen. Het computermodel van mijn promotieonderzoek kon uitrekenen waar het water, dat uit de bodem werd onttrokken, vandaan kwam.
Het volgen van stroombanen
Het model van de bodemchemie dat prof. C. Van den Akker had ontwikkeld, was gebaseerd op het volgen van de grondwaterstroombanen. Er was als regel een winveld met op één plaats (x,y), dicht bij het zuiveringsstation een winveldje dat afhankelijk van het gewenste debiet Q(t), gebruik maakt van 1 of meer zeer krachtige pompputten, met op een grote afstand daaromheen een aantal waarnemingsfilters. Voor de stoffen die ergens in de bodem aanwezig zijn en in de waarnemingsfilters met een bepaalde concentratie worden aangetroffen, gelden grenswaarden die niet overschreden mogen worden.
Het echter is niet zinvol om deze methodiek ook toe te passen op het vaststellen van mest verliezen naar de bodem, immers we willen ervoor zorgen dat de hele mestgift door assimilatie wordt opgenomen door het gewas op dezelfde standplaats (x,y).
De drinkwaterbedrijven en provincies hebben daar toen heel Nederland mee doorgerekend. Voor elk pompstation werd de beschermingszone bepaald waarbinnen geen vervuilende activiteiten mogen plaatsvinden.
Maar let op, de winning van grondwater is echter óók een vervuilende activiteit als er door verlaging van de grondwaterspiegel, mest verliezen naar de bodem ontstaan, en de beschermingszones zijn helemaal niet effectief, doordat de grootste verlaging uitgerekend optreedt bij de pompput, dan is er helemaal geen bescherming meer over.
Het assimilatie predicaat
Als de grondwaterspiegel verlaagd wordt als gevolg van de winning van grondwater, kan een situatie ontstaan waarbij het gewas in natuur of landbouw gebieden het bemeste bodemvocht niet meer op kan nemen, waardoor de mest verliezen naar de bodem, beneden een bepaalde drempelwaarde, die afhangt van de wortellengte van het gewas g, zeer snel toenemen. Dit effect wordt beschreven door het assimilatie predicaat, en alleen de drinkwatersector kan dit predicaat, bij grootschalige winvelden voldoen door schadevrije winvelden te gaan gebruiken.
De bemesting voorwaarde
De agrariërs moeten de
bemesting voorwaarde voldoen. Het is de gezamenlijke verantwoordelijkheid van de drinkwatersector en de agrariërs, om er voor te zorgen dat de stikstof concentratie in de bodem beneden de EU stikstof norm van 50mg/l blijft.
Het zure sulfaatbodem predicaat
Door de verlaging van de grondwaterspiegel wordt een deel van de verzadigde zone bij de onverzadigde zone gevoegd, hierbij kan pyriet dat frequent in de verzadigde zone voorkomt, door verlaging van de grondwaterspiegel, in de onverzadigde zone terecht komen, waardoor zich zwavelzuur H2SO4 in de bodem zal vormen dat op zich weer een groot aantal andere chemische reacties uitlokt waarvan vele zeer schadelijk zijn voor de gewassen. Als onderdeel van het zure sulfaat bodem predicaat zijn al deze zaken zijn zeer krachtig beschreven door prof. J. Pons die verbonden was aan de landbouwhogeschool te Wageningen.
Het kwel predicaat
Bij het kwel predicaat gebruiken denitrificerende bodembacteriën de energie die in de mest zit, om kristalhelder (grond)water te maken dat bij oppervlakkige afvloeiing alle mest die door depositie is opgebracht, af zal voeren.
Het existentiële probleem
We hebben het probleem nu zover geanalyseerd dat we voor een enkel punt (x,y) weten wat er gedaan moet worden. Maar wat moeten we veranderen om de natuur te verbeteren? We moeten in elk geval niet beginnen met het halveren van de depositie van stikstof, als gemiddeld 34% van de mestgift verloren gaat door assimilatie verliezen, immers de meest verliezen naar de bodem zijn 75x groter dan de mest verliezen naar de lucht. Door de depositie van heel kleine hoeveelheden stikstof (mest) te halveren kun je het veel grotere probleem van de mest verliezen naar de bodem niet opheffen. Het percentage van de mest verliezen naar de bodem zal in de toekomst bovendien alleen maar groter worden. Door toepassing van de berekende schade, zit er geen rem meer op de mest verliezen naar de bodem.
Alle predicaten en voorwaarden werden voor alle (x,y) voldaan lang voordat, de grondwaterspiegel werd verlaagd als gevolg van de winning van grondwater.
Er was slechts één uitzondering, het kwel predicaat werd niet voldaan in hoogveen gebieden. Dat is ook niet verwonderlijk, want dat was de kenmerkende eigenschap van veen, waarvan de ligging samenvalt met een lokaal maximum van de grondwaterspiegel, waardoor grootschalige kwel in hoogveen onmogelijk is. Doordat de predicaten en voorwaarden, als beschreven voldaan werden, waren de mest verliezen naar de bodem zeer klein voor een hydrologie die horizontaal was. Voor het geval hellend hangt dit nog af van de opbouw van de bodem, de geologische ontstaansgeschiedenis, en ook van de opstelling van de pompputten. Omdat de bodem van nature vruchtbaar is, vanwege de natuurlijke nitrificatie kan in de gematigde zone van het klimaat op aarde gerust gesteld worden dat daar de predicaten en voorwaarden zonder de winning van water voldaan worden.
Het verslechteringsverbod
Het verslechteringsverbod, en de bijbehorende wet en regelgeving geven geen enkele zekerheid dat de doelen gerealiseerd zullen worden. Dat dit geldig is bleek al toen we vastgesteld hadden dat weliswaar de berekende schade kleiner werd, maar de mest verliezen naar de bodem (de werkelijke schade) niet. Je kunt als onderzoeker, niet heel Nederland op slot zetten, op basis van de hypothese dat het probleem wordt veroorzaakt door de landbouwsector en de maatschappelijke sectoren, omdat de drinkwatersector wil profiteren van de berekende schade, terwijl de werkelijke schade gelijk blijft.
Het is heel Nederland opgevallen dat Mark Rutte stelde dat de stikstof concentratie in de bodem naar 50mg/l gebracht moet worden. Voor grootschalige winvelden, is het onmogelijk, om met bodemverbeteraars en vertraagde afgifte van meststoffen, niet effectief zijn als de Laplace voorwaarden niet geldig zijn. Dit komt door grote versterkingsfactoren A/a waardoor zeer grote verlagingen van de grondwaterspiegel optreden, iets waar schadevrije winvelden geen last van hebben. De schadevrije winvelden zijn realiseerbaar en zorgen er bovendien voor dat er water gewonnen kan worden, terwijl er desondanks voor alle (x,y) in het winveld, ook nog kwel kan zijn, met deze opmerking is het probleem dat Mark Rutte inbracht oplosbaar. Een verslechteringsverbod draagt echter helemaal niet bij aan een oplossing en datzelfde geldt ook voor de stand van de sterren.
Waar het om gaat is dat we een oplossing vinden die het gewenste effect heeft en die we bovendien kunnen realiseren.
Daarom is het van groot belang dat onderzoekers de logica, goed gebruiken bij hun werk en begrijpen wat een dan en slechts dan voorwaarde is en waarom dit soort details van de logica die in het hoofdstuk het volledige overzicht besproken worden zo belangrijk zijn.