Metingen en modelberekeningen wijzen beide op hoge stikstofdepositie op bossen

De omstandigheden waarin bodemprocessen in bossen plaatsvinden zijn sterk door de mens gewijzigd. Dit is met name het gevolg van verhoogde atmosferische depositie van stikstof (N)-verbindingen op Nederlandse bossen, met name afkomstig uit de landbouw, het buitenland en uit mobiliteit en transport.

In de bodem heeft stikstof twee effecten: het vermest de bodem door ophoping van stikstof en het verzuurt de bodem bij uitspoeling van stikstof, wat onder andere tot uiting komt in afname van de basen calcium, magnesium en kalium. Daardoor neemt de biodiversiteit af en worden bomen kwetsbaar voor droogte en aantasting door ziekten. Voor stikstof lag de depositiepiek in het midden van de jaren tachtig en die is daarna afgenomen. Het is interessant om te weten of de afnemende N-depositie op bosgronden in de afgelopen decennia tot een meer gebalanceerde nutriëntenhuishouding van bossen heeft geleid. Om dit te onderzoeken zijn de nutriëntenvoorraden bepaald in de strooisellaag en in de bovengrond (tot dertig centimeter diep) van 127 bosbodems waarvoor dit eerder in 1990 is gedaan. De locaties liggen op zandgronden verspreid over Nederland en betreffen de boomsoorten Corsicaanse den, douglasspar, fijnspar, grove den, Japanse lariks, beuk en zomereik (zie kaart). Op basis van de toename van stikstof in de bodem, in combinatie met een geschatte opname en uitspoeling, is voor de 127 bossen een inschatting gemaakt van de gemiddelde depositie waarvan aangenomen wordt dat deze de belangrijkste oorzaak is van de gemeten toename van stikstof in de bodem. Die depositieschatting is vergeleken met een berekening daarvoor met het OPS-model van het RIVM.

Schatting van de stikstofdepositie uit gemeten bodemaccumulatie

Uit de metingen in de 127 bosbodems in 1990 en 2023 bleek dat de stikstofvoorraad over die periode gemiddeld met ruim 1300 kilo per hectare (40 kilo per jaar) is toegenomen (zie tabel onderaan). Als je aanneemt dat circa 5 kilo stikstof wordt opgeslagen in het hout en circa 5 kilo uitspoelt, dan is daarvoor een gemiddelde depositie nodig van circa 50 kilo stikstof per hectare per jaar op bossen in de periode 1990 tot 2023. Deze resultaten van het WUR-stikstofonderzoek kregen uitgebreide aandacht van Trouw en de NOS, omdat uit de metingen zou blijken dat er meer stikstof op de bossen terechtkomt dan volgens modelberekeningen. Gemiddeld voor de bosgebieden waarin gemeten werd, komt de stikstofdepositie volgens de berekeningen van Wageningen University & Research (WUR) uit op circa 32 kilo stikstof per hectare per jaar voor de periode 1990-2023 (zie kaart waarin de ligging van de meetlocaties is gegeven met de ruimtelijke variatie in modelmatig geschatte gemiddelde depositieniveaus in Nederland).

Schatting van de stikstofdepositie op basis van modelberekeningen

In het algemeen is bekend dat bossen meer stikstofgassen en stofdeeltjes, de zogenaamde droge depositie, afvangen dan korte vegetaties en dat dat gemakkelijk twee maal zo hoog kan liggen (zie ook recent Wagenings promotieonderzoek). Zo is de berekende gemiddelde depositie voor Nederland van 1990 tot 2023 met het OPS-depositiemodel circa 28 kilo N per hectare per jaar en die op bossen circa 50 kilo volgens de eerder genoemde bodemmetingen, wat 75% hoger is. Daarom is de resolutie waarop depositieberekeningen gedaan worden van groot belang.

De oorspronkelijke reeks die voor het WUR-onderzoek is gebruikt, was een gemiddelde van respectievelijk 5 x 5 kilometer gridcellen (1990-2004) en 1 x 1 kilometer gridcellen (2005-2023) waarbinnen die bossen zich bevinden, maar die ook voor een deel uit korte vegetaties kan bestaan. Dit verschil in landgebruik is een belangrijk gegeven bij berekeningen van de depositie. Zo zal voor bosopstanden die een kleiner oppervlak bestrijken dan de gehanteerde rekenresolutie, de berekende depositie te laag uitvallen. De basisresolutie van het landgebruik in alle OPS-modelberekeningen is het zogenaamde LGN (Landgebruik Nederland)-bestand met een resolutie van 25 x 25 meter. Deze hogeresolutiedata worden vervolgens geaggregeerd naar de gewenste rekenresolutie. Het effect van het voorkomen van een bosopstand middelt dus steeds meer weg gaande van een rekenresolutie van bijvoorbeeld 250 x 250 meter naar 5 x 5 kilometer.

Naar aanleiding van de eerdere berichtgeving over de vermeende onderschatting van de depositie op de meetlocatieopstanden heeft het RIVM aanvullende berekeningen gedaan om het effect van deze rekenresoluties inzichtelijk te maken. De eerder genoemde gemiddelde depositie op de bosgebieden van 32 kilo N per hectare per jaar voor de periode 1990-2023, is daarbij vergeleken met enkele rekenvarianten (zie onderstaande grafiek). Zoals hierboven aangegeven bestond de ‘oorspronkelijk reeks’ uit de berekende depositie voor een combinatie van 5 x 5 kilometer- en 1 x 1 kilometercellen. Een berekening op de resolutie van alleen 1 x 1 kilometer is slechts iets hoger en geeft een gemiddelde depositie van 33 kilo N per hectare per jaar. Het verhogen van de rekenresolutie naar 250 x 250 meter, en dus een verbeterde beschrijving van de situatie qua landgebruik, geeft echter al een gemiddelde depositie van 37 kilo N per hectare per jaar. Wanneer specifiek gerekend wordt voor bos alleen, hetgeen overeenkomt met het landgebruik voor de meetlocaties, geeft dit een gemiddelde depositie van 44 kilo N per hectare per jaar.

De eerder genoemde 50 kilo N per hectare per jaar op basis van de metingen, is dus slechts circa 10% hoger dan de berekende depositie als wordt uitgegaan van alleen bos in een gridcel van 250 x 250 meter. De huidige OPS-berekeningen voor natuur gebeuren nu ook standaard op de schaal van een hectare, waardoor de hogere depositie op bossen veel beter meegenomen wordt. In de modelberekeningen wordt echter alleen de depositie van anorganisch stikstof (ammonium en nitraat) berekend. Dat geldt overigens veelal ook voor de metingen van stikstofdepositie. De redenering is daarbij onder andere dat de experimentele bepaling van een kritische depositiewaarde (KDW) ook alleen op basis van de toevoer van anorganisch stikstof wordt bepaald. Schattingen van de KDW op basis van een vergelijking van de depositie en plantdiversiteit over een gradiënt in Europa beperken zich eveneens tot de depositie van anorganisch stikstof. Maar er komt ook organisch gebonden stikstof (dissolved organic nitrogen, ofwel DON) met de depositie naar beneden en dat is een niet te verwaarlozen deel. Uit literatuurgegevens blijkt dat dit kan oplopen tot 5 à 10 kilo N en dat verklaart het verschil tussen de modelberekening en experimentele meting.

Daarnaast dient ook te worden bedacht dat schattingen van de N-depositie op basis van zowel experimentele metingen als modelberekeningen onzekerheden bevatten. Zo zijn bij de metingen iets andere analysemethoden gebruikt in 1990 (Kjehldahl) en 2023 (LECO). Uit literatuurgegevens volgt dat de resultaten vergelijkbaar zijn. Maar analyses in het laboratorium bij Wageningen University & Research laten zien dat de N-gehalten in de minerale bovengrond mogelijk 5 tot 10% hoger kunnen liggen met LECO. De toename van N in die laag – bij 5% correctie – zou rond de 420 kilo N liggen en totaal dus rond de 1120 kilo N bedragen. Dat zou betekenen dat de jaarlijkse ophoping circa 35 kilo N per jaar bedraagt. Daar staat tegenover dat de opname door bomen en de uitspoeling van stikstof mogelijk hoger ligt dan de eerdere voorzichtige inschatting en die zou kunnen compenseren voor de lagere ophoping. Gegeven de onzekerheden in beide methoden kan niet worden gesteld dat ze tot verschillende uitkomsten leiden.

Implicaties van het WUR-veldonderzoek

Uit de bovengenoemde herbemonstering van de 127 bosbodems in 2023 bleek enerzijds dat ten opzichte van 1990 de stikstofvoorraad sterk is toegenomen, maar dat de voorraad aan basen (som van calcium, magnesium en kalium) nauwelijks is veranderd (zie onderstaande tabel). De geschatte afname in kalium werd gecompenseerd met een geschatte toename in calcium en magnesium. De depositie van stikstof in de afgelopen decennia heeft dus vooral geleid tot vermesting, terwijl de verzuring minder is dan dat je zou verwachten gezien de hoeveelheid stikstofdepositie. Dat komt omdat relatief weinig stikstof uitspoelt, en alleen dan werkt stikstof verzurend.

Voorraden van stikstof, calcium, kalium en magnesium (in kilo per hectare) in 1990 en 2023 en het verschil daartussen (Bron: Anjo de Jong en Wim de Vries)

Daarnaast vangen bossen naast veel stikstof ook veel basische stoffen, zoals calcium, magnesium en kalium, af en daardoor is het verlies van deze stoffen beperkt gebleven. Tijdens de onderzoeksperiode is de voorraad aan aluminium echter wel afgenomen met gemiddeld bijna 300 kilo per hectare (102 kilo in de strooisellaag en 187 kilo in de bovengrond; zie tabel) ofwel circa 9 kilo per hectare per jaar. Dat heeft een belangrijke rol gespeeld in het bufferen van de zure depositie. Hoewel die buffering door aluminium in de tachtiger jaren hoger was, is er dus nog wel steeds sprake van het vrijkomen van aluminium, wat schadelijk is voor fijne boomwortels en mycorrhiza-schimmels die zorgen voor de opname van water en voedingstoffen.

Meer informatie

• Artikel Invloed van stikstofdepositie op organische stof en voedingsstoffen in de bodem (pdf: 0,6 MB), verschenen in Vakblad voor Natuur Bos en Landschap.
• Rapport Veranderingen van voorraden koolstof, stikstof, fosfor, kalium, calcium, magnesium, ijzer en aluminium in bosbodems tussen 1990 en 2023 (pdf: 2,2 MB).
• PhD-rapport Impacts of harvesting practices on nutrient balances of forests under high nitrogen deposition (pdf: 99,2 MB).

Tekst: Wim de Vries, Hoogleraar Milieusysteemanalyse (Wageningen University & Research); Anjo de Jong, Wetenschappelijk Onderzoeker Bosecosystemen (Wageningen University & Research); Albert Bleeker, Senior Wetenschappelijk Onderzoeker Centrum Milieukwaliteit (RIVM); Roy Wichink Kruijt, Senior Wetenschappelijk Onderzoeker Centrum Milieukwaliteit (RIVM)
Foto: Señor Hans CC BY-NC-ND 2.0 (leadfoto: een bos in Nederland)
Kaart en tabel: Anjo de Jong en Wim de Vries
Grafiek: Wim de Vries, Anjo de Jong, Albert Bleeker, Roy Wichink Kruijt