Bepalen van procesfactoren voor oppervlaktewater en grondwater ter evaluatie van de nitraatstikstofresidu-norm

Deze studieopdracht heeft als doel het evalueren en differentiëren van de huidige nitraatstikstofresidu-norm en de nitraatstikstofresidu-richtwaarde aan de hand van een evaluatie van historische nitraatstikstofresidumetingen en het leggen van de link tussen nitraatstikstofresiduwaarden en nitraatconcentraties gemeten in het oppervlakte- en grondwater. Deze studie bestaat uit drie fasen, waarbij in een eerste fase de nitraatresidumetingen van de VLM worden geëvalueerd en op basis hiervan voorspellende modellen worden opgesteld. Deze modellen worden gebruikt in fase twee van het onderzoek om het nitraatresidu te schatten van niet bemonsterde percelen. In een tweede fase worden procesfactoren bepaald voor oppervlaktewater en grondwater. Een procesfactor is een empirische „black box” factor die alle processen omvat die plaatsvinden tussen de nitraatuitspoeling uit het bodemprofiel (vertrekkende van het nitraatresidu in het najaar) en de gemeten nitraatconcentraties in oppervlaktewater of grondwater. Deze procesfactoren leggen dus een link tussen de uitspoeling uit het bodemprofiel en de waterkwaliteitsmetingen in het oppervlaktewater of het grondwater. Een derde fase van dit onderzoek spitst zich toe op het vertalen van deze nieuwe procesfactoren naar maximale nitraatresidu’s opdat de grenswaarde van de Europese nitraatrichtlijn (50 mg nitraat per liter water) niet wordt overschreden. In fase 1 van het onderzoek analyseerden we de beschikbare nitraatresidumetingen van percelen met een beheersovereenkomst water (BOW; 2000-2008) en van controlemetingen uitgevoerd door de Mestbank (2004-2008). Het gemiddeld nitraatresidu bedroeg bij de BOW 64,8 kg/ha, en bij de controlemetingen 87,2. Zowel bij de BOW als bij de controlemetingen vertoonde het nitraatresidu een dalende trend over de jaren heen. Deze trend wordt toegeschreven aan het effect van de “Bemestingspraktijk in het jaar van staalname” (BPJS), die kan beschouwd worden als een combinatie van de effecten van: • de verscherping van de bemestingsnormen in de loop der jaren en de progressieve implementatie ervan in de praktijk (soms met terugwerkende kracht); • een toenemende aandacht van de landbouwers voor de bemesting; • een betere opvolging van de bemestingsadviezen. In totaal werd de invloed van zevenendertig variabelen op het nitraatresidu statistisch geanalyseerd. Een aantal van deze variabelen werden gebruikt om per gewasgroep een voorspellend MANCOVA-model op te stellen om nitraatresidu’s te schatten voor niet-bemonsterde percelen of jaren. De belangrijkste variabelen voor de voorspelling van het nitraatresidu zijn de hoofdteelt van het perceel, de bemestingspraktijk in het jaar van staalname, de landbouwstreek, de nateelt, de dag van staalname (welke tussen 1 oktober en 15 november gelegen is) en, in mindere mate, de weersomstandigheden en het bedrijfstype. Fase 2 van dit onderzoek spitste zich toe op het bepalen van procesfactoren voor zowel oppervlaktewater als voor grondwater, alsook op de ruimtelijke differentiatie ervan. De empirische procesfactor kenmerkt de mate van verdunning en afbraak van nitraat, vanaf het moment dat het nitraat de wortelzone op 90 cm onder het maaiveld verlaat tot op het moment dat het ofwel in het oppervlaktewater ofwel in het grondwater terecht komt en gemeten wordt. Bij lage procesfactoren (≈1) zal het nitraat dat de wortelzone verlaat in een bijna gelijke concentratie in het oppervlakte- of grondwater terug te vinden zijn, daar waar bij hoge procesfactoren het nitraat verdund en/of afgebroken wordt en dus in een lagere concentratie terug te vinden is in het oppervlakte- of grondwater. Voor de bepaling van de procesfactor oppervlaktewater werd, voor 50 MAP-meetpunten oppervlaktewater, het afstroomgebied berekend in een GIS-omgeving. Daarna werd, voor elk perceel binnen deze afstromingsgebieden, de nitraatconcentratie onderaan de wortelzone bepaald door de nitraatuitspoeling over de winterperiode (1 november - 31 maart) te berekenen uit het nitraatresidu aan de hand van een analytisch uitspoelingsmodel. Door de concentraties onderaan de wortelzone van elk perceel te middelen naar hun oppervlakteaandeel werd per afstroomgebied een gemiddelde nitraatconcentratie bekomen. Deze werd op zijn beurt gedeeld door de gemiddelde nitraatconcentratie gemeten in de ontvangende waterloop van dat afstroomgebied. Op deze manier werd voor elk afstroomgebied een procesfactor berekend. De mediane procesfactor oppervlaktewater bedraagt 3,3, maar varieert regionaal. De variatie in deze procesfactoren kan deels worden verklaard door de dominante bodemtextuur van het afstroomgebied en de redoxpotentiaal van de onderliggende aquifer. Deze variabelen werden gebruikt om een voorspellend model op te stellen, waarmee gebiedsdekkende uitspraken konden worden gedaan voor de procesfactor oppervlaktewater. Voor het bepalen van de procesfactor grondwater werd voor 525 meetpunten van het freatisch meetnet het intrekgebied berekend. Dit intrekgebied is een ellipsvormig gebied stroomopwaarts van het meetpunt, waarvan met een bepaalde statistische zekerheid het water afkomstig is dat als neerslag in de bodem dringt en via grondwaterstroming de filter van het meetpunt bereikt. Voor elk perceel binnen de intrekgebieden van deze meetpunten, werd de gemiddelde nitraatconcentratie onderaan de wortelzone berekend uit de nitraatresidu’s en gemiddeld over het intrekgebied. Deze gemiddelde nitraatconcentratie werd gekoppeld aan de gemiddelde nitraatconcentratie gemeten in het grondwater, met inachtname van de reistijd. De verhouding van de twee concentraties gaf de procesfactor grondwater. Uit de statistische analyse bleek dat er geen differentiatie van de procesfactoren grondwater kon worden verricht op basis van de beschikbare gegevens. De mediane procesfactor grondwater bedraagt 2,1. Tenslotte werden gebiedsdekkend voor Vlaanderen gecombineerde procesfactoren voorgesteld, door in elk gebied de strengste van de twee procesfactoren (gedifferentieerde procesfactor oppervlaktewater en mediane procesfactor grondwater) toe te passen. Deze keuze vloeit voort uit de gedachte dat zowel het oppervlaktewater als het grondwater moeten voldoen aan de Europese nitraatrichtlijn. In fase 3 van het onderzoek werden deze gecombineerde procesfactoren vertaald naar maximale nitraatresidu’s op basis van de resultaten van een eerdere studie (N-(eco)²). Deze maximale nitraatresidu’s zijn afhankelijk van de bodemtextuur van het landbouwperceel, het verbouwde gewas (effect gewasrest) en het gebruik van een groenbemester na de hoofdteelt. Het strikt naleven van de voorgestelde maximale nitraatresidu’s zou volgens de studie tot een aanzienlijke verbetering van de waterkwaliteit zorgen. De landbouwkundige haalbaarheid van deze residu’s werd in een laatste stap toegelicht, waarbij aangetoond werd dat op vele percelen de voorgesteld residu’s nu al worden gehaald. Via betere bemestingspraktijken, zoals een aangepaste vruchtwisseling, een beredeneerde bemesting op basis van grondontleding en bemestingsadvies en het gebruik van groenbemesters, en begeleidende maatregelen kan nog verdere vooruitgang worden geboekt.