KNAW

Onderzoek

Effecten van stikstofemissie en klimaat op beschikbaarheid en risico's van zware metalen

Pagina-navigatie:


Wijzig gegevens


Titel Effecten van stikstofemissie en klimaat op beschikbaarheid en risico's van zware metalen
Looptijd 04 / 2009 - onbekend
Status Afgesloten
Onderzoeknummer OND1334929

Samenvatting

Doel:
1. Verder ontwikkelen van dynamische modellen om de effecten van zure depositie, klimaatverandering en metaaltoevoer op te verwachten metaalconcentraties in bodem, bodemvocht, gewassen, grondwater en afvoer naar oppervlaktewater te bepalen in samenhang met kritische waarden,
2. Valideren van deze modellen op meetgegevens over veranderingen in metaalconcentraties in de tijd,
3. Toepassen van deze modellen op nationale schaal, waarbij rekening wordt gehouden met de onzekerheid in modelparameters.

Achtergrond:
Hoewel kritische belastingen een geaccepteerd beleidsconcept zijn voor stikstof en zuur is dit voor zware metalen minder het geval. Tot op heden worden reducties in de emissie van zware metalen dan ook niet gerelateerd aan de overschrijding van kritische depositieniveaus. Dit komt mede omdat de kritische belasting betrekking heeft op een steady-state situatie die soms pas na honderden tot duizenden jaren wordt bereikt. Daarom is er meer behoefte aan informatie over de dynamiek in metaalgedrag, in reactie op veranderingen in landgebruik ((o.a. verandering in metaaltoevoer via bemesting), klimaat en zure (stikstof)depositie. De beleidsvraag is welke gevolgen het beleid voor verzuring, vermesting en klimaatverandering heeft op de metaalbeschikbaarheid in de bodem en de mogelijke overschrijding van normen hiervoor.

Werkwijze:
Ad 1: Om het effect van scenario s voor klimaatverandering, zure depositie, metaal depositie en mestaanwending op de uitspoeling en afspoeling van metalen te kunnen berekenen wordt een koppeling gelegd tussen:

- een organische stof module, waarmee het effect van klimaatverandering op de organische stofdynamiek en daarmee op DOC is door te rekenen en
- het SMART2 meerlagen model, inclusief metalen waarmee effecten van zuurbelasting op de pH worden berekend en de gecombineerde effecten van pH en DOC op metaalconcentraties. Daarnaast zal het model geschikt worden gemaakt voor toepassing op regionale schaal.

Ad 2: Het ontwikkelde dynamische bodemmodel zal worden gevalideerd op basis van beschikbare gemeten zware metalen gehalten in o.a.
- chronosequenties van bosopstanden in Nederland en Zweden van ca 5 tot 100 jaar,
- 124 humuslagen onder bosopstanden in Nederland die op twee tijdstippen zijn gemeten (1990 en 1995),
- veranderingen in metaalgehalten in de bodem Rothamsted over de afgelopen ruim 100 jaar en (iv) veranderingen in metaalconcentraties in een bosopstand in Duitsland (Solling) sinds ca 1975.

Ad 3: Effecten van het nieuwe mestbeleid zullen worden doorgerekend op hun gevolgen voor de metaaltoevoer naar landbouwgronden en het effect daarvan op metaalgehalten in de bodem, bodemwater en planten in relatie tot beschikbare normen. Verder zal het effect van een waarschijnlijk klimaatscenario, tezamen met de verwachte veranderingen in N en S depositie (Gothenburg protocol) en reducties in metaaldepositie (met name Cd, Pb, Cu en Zn) op nationale schaal worden doorgerekend voor wat betreft de concentraties van deze zware metalen in bodem en bodemvocht, grondwater en afvoer naar oppervlakte- water in bosgronden in relatie tot normen (kritische limieten).

Resultaten:
Drie publicaties in Engelstalige artikelen over:
- effecten van het nieuwe mestbeleid op metaalconcentraties in bodem en bodemvocht, planten, grondwater en afvoer naar oppervlaktewater in landbouwgronden,
- validatie van de gebruikte modellen op verschillende datasets en
- effecten van een gecombineerd scenario voor klimaatverandering, zure depositie en metaaldepositie op de concentraties van zware metalen in bodem en bodemvocht in niet-landbouwgronden.

Publicaties bij dit project zijn beschikbaar via deze Link

Samenvatting (EN)

The critical load concept is presently an accepted policy concept for nitrogen and acidity but much less for heavy metals. Reduction in metal emissions are until now not related to an exceedance of estimated critical metal loads. This is partly because the critical load is related to a steady-state situation that sometimes is only reached after hundreds or even thousands of years. Therefore, it is more relevant to gain insight in the dynamics of metal behaviour in response to changes in land use, and related metal loads by fertilizer and animal manure inputs, climate and acid (nitogen) deposition. The policy question is what the effects are of the present policy on nitrogen emissions and climate on the availability of heavy metals in view of exceedances of quality criteria for metals.

Research objectives:

1. Further develop a chain of dynamic models to assess the effects of acid deposition, climate change and metal inputs on metal concentrations in soil, soil solution, crops, ground water and runoff to surface water.
2. Validate the model chain on changes in metal concentrations in time.
3. Apply the models at a national scale, considering the uncertainty in model parameters.

Materials and methods:
Ad 1: To assess the effects of acid deposition, climate change and metal inputs on metal concentrations a link will be made between:

- an organic matter module, allowing to calculate the effect of climate change on the dynamics of solid organic matter and DOC with
- the SMART2 multi layer model, including metals that allows the calculation of pH in response to acid deposition and the combined effects of pH and DOC on metal concentrations.

Ad 2: The developed dynamic model chain will be validated on available data of changes in heavy metal concentrations in

- chronosequences of forest stands in the Netherlands and Sweden of 5 to 100 year,
- 124 humus layers of forest stands in the Netherlands, measured in 1990 and 1995,
- soils in Rothamsted during the past 100 year en (iv) soil solution in a forest stand in Germany (Solling) since 1975.

Ad 3: Effects of the manure policy will be evaluated with respect to their effect on the metal load to agricultural soil and the on metal concentrations in soil, soil solution, crops and ground water in view of quality criteria. Furthermore, the effect of an expected future climate, in response to a climate scenario, N and S deposition (Gothenburg protocol) and metal (Cd, Pb, Cu en Zn) deposition will be evaluated op with respect to their effect on the metal load to agricultural soil and the on metal concentrations in soil, soil solution, ground water and runoff to surface water in view of quality criteria.

Results and products:
Three publications in International journals on:
- effects of the Dutch manure policy on metal concentrations in soil, soil solution, crops and ground water in Dutch agricultural soils in view of quality criteria,
- validation of the used model chain on various datasets and
- effects of a combined scenario on climate change, acid deposition and metal deposition on metal concentrations in soil, soil solution, ground water and runoff to surface water in Dutch non-agricultural soils.

Betrokken organisaties

Betrokken personen

Projectleider Prof.dr.ir. W. de Vries

Bovenliggende onderzoeksactiviteit(en)

Classificatie

A13000 Bodem
D15500 Atmosfeer wetenschappen

Omhoog
Ga terug naar de inhoud
Ga terug naar de site navigatie