KNAW

Research

Further development of methods to assess critical limits and critical...

Pagina-navigatie:


Update content


Title Further development of methods to assess critical limits and critical loads of heavy metals for agricultural and non-agricultural soils
Period 08 / 2005 - 12 / 2007
Status Completed
Research number OND1314176

Abstract

[Knowledge needs]:
Risk assessment, including assessments of critical loads, for metals in terrestrial ecosystems require appropriate critical limits for metal concentrations in soil and soil solution. Previously, a methodology has been developed to derive critical Cd, Pb and Hg concentrations in soil and in soil solution, taking into account the effect of soil properties. However, these methods do not properly account for the higher availability of added metals in laboratory spiked soils compared to field-contaminated soils, implying that both derived critical limits and critical loads for these metals might be too low. Knowledge needs are:
- Improvement of the derived critical limits for cadmium and lead by a proper accounting of different availability of metals in the laboratory and in the field.
- Extension of the derivation of critical limits for copper and zinc considering the large input of those metals in agriculture
- Insight in the long term soil concentrations in response to present day inputs in comparison to the derived critical limits.
[Research objectives]:
Objectives are to further develop:
- Methods to derive critical limits for metal concentrations in soil and soil solution and of steady-state models to assess the critical loads of heavy metals for agricultural and non-agricultural soils and (ii) application of those models on a national scale.
- Dynamic models to assess the combined effects of acid deposition and metal input to the soil on metal concentrations in soil, crops and soil solution and (ii) application of those models on a national scale.
[Results and products]:
- Two papers have been written presenting an overview of methodologies used to derive critical (i) reactive and total metal concentrations in soils and (ii) free metal ion and total metal concentrations in soil solution for cadmium (Cd), lead (Pb), copper (Cu), zinc (Zn) and mercury (Hg), taking into account the effect of soil properties in view of ecotoxicological effects (article 1) and health effects on both humans and animals (article 2). Critical soil metal concentrations thus derived appear to be a function of pH, organic matter content and clay content, varying about one order of magnitude between soil types depending on these soil properties.
- Furthermore, a dynamic model was applied to assess the dynamics of Cd, Pb, Cu and Zn in soil in response to continuing metal inputs at the level of the year 2000 to assess the risk of exceeding the critical soil metal concentrations thus derived Results show that at present there is hardly any exceedance of the critical concentration for all four metals. At a new steady-state, the percentage of plots where predicted will exceed critical limits is however estimated at approximately 60% for Zn, 30% for Cu but negligible for Cd and Pb when using current (year 2000) inputs.

Abstract (NL)

[Doel]:
Het onderzoeksproject Verdere ontwikkeling van kritische limieten en kritische belastingen van zware metalen in bodem en bodemvocht is gedefinieerd ten behoeve van het door LNV uit te voeren onderzoeksprogramma Onderbouwing Beleid Verzuring en Grootschalige Luchtverontreiniging . Doel van deze studie isv erder ontwikkelen van:
- kritische limieten in bodem en bodemvocht en van steady-state modellen om de kritische metaaltoevoer op bodem, grond en oppervlaktewater te bepalen en
- toepassing van deze modellen op nationale schaal.
- dynamische modellen om de effecten van zure depositie, metaaltoevoer op bodem, gewassen, grondwater en afvoer naar oppervlaktewater te bepalen en
- toepassing van deze modellen op nationale schaal.
[Werkwijze]:
Het project bestaat uit twee hoofdactiviteiten: het verder ontwikkelen van kritische limieten en kritische belastingen (accent in 2005) en het verder ontwikkelen van dynamische modellering (accent in 2006), gevolgd door afronding met publicaties (over onderdeel 2) in 2007.
Kritische limieten en kritische belastingen
Deze activiteit is gericht op het verder ontwikkelen van kennis op het gebied van kritische limieten en kritische belastingen in internationaal kader en toepassing daarvan op nationale schaal. Meer specifiek betreft dit:
- Verbeteren van de methodologie voor de berekening van kritische belastingen voor zware metalen uitgaande van kritische limieten voor deze metalen in bodemvocht. Deze activiteit is vooral gericht op (verbetering van) de vaststelling van kritische limieten voor Cd, Pb Hg, Cu, Zn en Ni in bodemvocht en oppervlaktewater.
- Berekening van kritische belastingen voor zware metalen. Dit betreft een berekening voor Cd, Pb (priority metals), Cu en Zn voor landbouw en bossen en de mogelijke overschrijding daarvan door de huidige belasting. Waar mogelijk zal dit ook gebeuren voor Hg (priority metal) en Ni. Van belang hierbij is dat de vereiste kwaliteit van de afvoer naar het oppervlaktewater wordt meegenomen
- Publiceren van methodische vooruitgang en resultaten van de berekeningen in artikelen.
Dynamisch modellering
Deze activiteit is gericht op het verder ontwikkelen van een dynamisch model voor de berekening van lange-termijn effecten van de interactie van luchtverontreiniging (zure depositie, metaal-belasting en evt klimaatverandering) op metaalaccumulatie in landbouwgronden en bosgronden en de uitspoeling naar grond- en oppervlaktewater en toepassing daarvan op nationale schaal. Meer specifiek betreft dit:
- Het verfijning van de koppeling tussen het verzuringsmodel en een zware metalen model om de gezamenlijke effecten van S, N en metalen depositie op niet-landbouwgronden te berekenen.
- Hierbij gaat het om verbeteringen in de hydrologische berekeningen voor natuur. Momenteel kan voor natuur alleen de uitspoeling naar grondwater goed worden berekend maar niet de afvoer naar oppervlaktewater.
- Het doorrekenen van de lange-termijn effecten van metaalbelastingen via mest en depositie (scenario s) op de concentraties van zware metalen in bodem en bodemvocht, planten, grondwater en afvoer naar oppervlaktewater in landbouwgronden in relatie tot kritische limieten.
- Het publiceren van de resultaten in artikel Het project is opgesplitst in een aantal onderdelen die in opeenvolgende fasen zullen worden uitgewerkt.
Resultaten
Projectresultaat betreft een bijdrage aan de verdere internationale ontwikkeling van de methodiek om kritische metaalbelastingen te berekenen op basis van bijbehorende kritische limieten. Naast presentaties in UN-ECE verband (met name de ICP M en M) en het internationale Expert Panel on Heavy Metals zal kennisoverdracht plaatsvinden op basis van publicaties over methodieken in het algemeen en specifieker over toepassing in Nederland. Eerste is vooral van belang voor internationale consensusvorming en laatste is meer relevant voor ministeries VROM en LNV
[Toepassingsmogelijkheden
Om de negatieve gevolgen van atmosferische depositie van zware metalen terug te dringen, is beleid ontwikkeld om te komen tot een reductie van de uitstoot van deze metalen. Binnen de UN-ECE Long Range Transboundary Air Pollution (LRTAP) conventie is in de afgelopen jaren een protocol opgesteld voor het terugdringen van de emissies van cadmium, lood en kwik. De resultaten van de studie kunnen door de opdrachtgever worden gebruikt om inzicht te krijgen in de maximaal toelaatbare concentraties en maximaal toelaatbare belastingen van cadmium, lood en kwik en de eventuele overschrijdingen daarvan op Nederlandse landbouwgronden en bosgronden. Daarbij kan het een bijdrage leveren aan de uitvoering van bovengenoemd protocol. Daarnaast kan bovengenoemd inzicht voor de additionele metalen koper, zink en nikkel bijdragen tot een beter onderbouwde afweging bij het stellen van prioriteiten m.b.t. het al dan niet inbrengen van (één van) deze metalen in de protocol-review.

Publicaties bij dit project zijn beschikbaar via deze Link

Related organisations

Related people

Related research (upper level)

Classification

A13000 Soil
D15100 Geochemistry, geophysics

Go to page top
Go back to contents
Go back to site navigation