Duurzaam Bodemgebruik

Samenvatting

De nutriëntenkringloop in Nederland blijft grotendeels open, met beperkte terugwinning en hergebruik van nutriënten uit afvalstromen. Circulaire landbouw richt zich op het optimaliseren van de terugwinning van nutriënten uit bronnen zoals dierlijke mest, gemeentelijk en industrieel afvalwater en organische reststromen. De implementatie van circulaire landbouw kan afval verminderen, de afhankelijkheid van externe grondstoffen verlagen en emissies minimaliseren door de verwerking van mest en andere afvalmaterialen.

Waarom dit thema?

Dit werk sluit aan bij beleid dat gericht is op het vergroten van het hergebruik van nutriënten uit mest en organische reststromen. Het doel is om deze materialen te verwerken om stikstofverliezen te verminderen, nutriëntenuitspoeling te voorkomen en emissies te verlagen. Door methaan- en stikstofemissies te verminderen, draagt circulaire landbouw bij aan het milieu en helpt het de emissiereductiedoelstellingen in de landbouw te behalen.

Uitgelichte projecten

• FERTIMANURE
• KNAP
• BIOVALOR
• SYSTEMIC
• NITRINURE

Uitgelichte methodes

Evaluatie van nutriëntenterugwinningsinstallaties: We monitoren (pilot)installaties waar digestaat, mest of afvalstromen worden omgezet in organische of minerale meststoffen. We evalueren terugwinningsprocessen op basis van massa- en energiebalansen en economische prestaties. Voorbeelden hiervan zijn de beoordeling van installaties voor de behandeling van varkensmest en de terugwinning van stikstof uit mest van melkvee. 

Agronomische prestaties: We hebben ruime ervaring met het testen van meststoffen in pot- en veldproeven. Dit biedt inzicht in zowel de agronomische als milieuprestaties van meststoffen. Voorbeelden zijn veldproeven met ammoniumsulfaat, mineralenconcentraten, struviet en organische meststoffen.

Samenvatting

Het vastleggen van koolstof in de bodem speelt een rol bij zowel de beperking van als de aanpassing aan klimaatverandering door CO₂ uit de atmosfeer op te vangen. Tegelijkertijd beïnvloedt bodemkoolstof andere ecosysteemdiensten, zoals bodemvruchtbaarheid, en dient het als voedselbron voor een breed scala aan bodemorganismen. 

Ons team beoordeelt het effect van beheer op koolstofvoorraden in de bodem met behulp van dynamische bodemkoolstofmodellen en monitoringsgegevens. Dit doen we op verschillende schalen, van individueel bedrijfsniveau tot op Europese schaal. Onze aanpak wordt gekenmerkt door een integrale blik op bodemkoolstofbeheer in relatie tot bodemfuncties, bodembiodiversiteit, de uitstoot van lachgas (N₂O) en de praktische uitvoering van deze maatregelen.

Waarom dit thema?

Koolstofverwijdering is noodzakelijk om de klimaatdoelen te behalen, zoals vastgelegd in het Akkoord van Parijs dat is bekrachtigd door de Europese Unie en verder is uitgewerkt in het Nederlandse Klimaatakkoord. Wereldwijd is de bodem de op één na grootste actieve koolstofopslag (na de oceanen) en slaat deze meer koolstof op dan de atmosfeer en vegetatie samen. De jaarlijkse koolstofstroom van de atmosfeer naar de bodem is ongeveer tien keer zo groot als de CO₂-uitstoot door fossiele brandstoffen. 

Daarom kan een relatief kleine toename in de koolstofopname door bodems mogelijk leiden tot de opslag van een aanzienlijke hoeveelheid CO₂. Met ons onderzoek willen we bijdragen aan deze klimaatdoelen door kennis te leveren aan belanghebbenden en beleidsmakers, zodat zij de noodzakelijke veranderingen in bodembeheer kunnen stimuleren. 

Uitgelichte projecten

• Slim landgebruik
• Monitoring emissieregistratrie
• MARVIC
• Nutribudget
• EO4CSM

Uitgelichte methodes

Om bodemkoolstofdynamiek te monitoren en voorspellen, werken we met verschillende modellen. Deze modellen en de benodigde invoergegevens worden voortdurend geactualiseerd, zodat ze de nieuwste wetenschappelijke inzichten bevatten. De modellen die we gebruiken zijn:

• RothC-model: Dit model voorspelt de afbraak en omzetting van organische koolstof in niet-waterverzadigde bovengronden. Het is geïntegreerd in MITERRA-Europe en de Praktijktool BodemCoolstof. De algoritmes zijn gebaseerd op het werk van Coleman en Jenkinson (2014).
• MITERRA-Europe model: Dit model beoordeelt koolstof- (C) en nutriëntenstromen die van belang zijn voor plantengroei op regionaal niveau in heel Europa. Het biedt inzicht in de effecten van beleid en helpt beleidsmakers bij beslissingen over duurzaam landgebruik.
• Praktijktool BodemCoolstof: Een praktische tool, gebaseerd op de rekenregels van RothC, die gratis beschikbaar is via het platform FarmMaps. De tool berekent veranderingen in bodemkoolstof door de tijd heen en evalueert de impact van verschillende beheersmaatregelen. Hierdoor is het een waardevol instrument voor het beoordelen van initiatieven voor koolstofvastlegging.

Samenvatting

Waterkwaliteit wordt bepaald door de fysische, chemische en biologische eigenschappen van water, die in combinatie met en afhankelijk van de hoeveelheid water de geschiktheid ervan beïnvloeden voor voedselproductie, drinkwatervoorziening en de gezondheid van zoetwaterecosystemen, zoals rivieren, meren, grondwater, wetlands, estuaria en delta’s. 

Waterkwaliteit wordt beïnvloed door natuurlijke factoren zoals geologie en klimaat, maar ook door menselijke activiteiten zoals landgebruik, vervuiling uit punt- en diffuse bronnen, ontwatering, dam- en kanaalregulatie en (over)onttrekking. De kernmissie van ons team is het bevorderen van duurzame waterkwaliteit door middel van gericht onderzoek, met focus op het in balans houden van nutriëntenniveaus en het verminderen van watervervuiling. Zo beschermen we aquatische ecosystemen, ondersteunen we duurzame voedselproductie en waarborgen we de beschikbaarheid van waterbronnen. 

Waarom dit thema?

Waterkwaliteitsonderzoek vormt de wetenschappelijke basis voor de bescherming en het beheer van waterbronnen, die cruciaal zijn voor zowel het milieu als de menselijke gezondheid. Een degelijk begrip van de factoren die waterkwaliteit beïnvloeden maakt het mogelijk om vervuilingsbronnen te identificeren, de impact daarvan te beoordelen en effectieve strategieën te ontwikkelen om verontreiniging te verminderen. Het belang van waterkwaliteitsonderzoek wordt onderstreept door belangrijke regelgeving in Europa en Nederland, voornamelijk beheerd door de EU-richtlijn Kaderrichtlijn Water (KRW), samen met ondersteunende richtlijnen zoals de Grondwaterrichtlijn (GWR), de Drinkwaterrichtlijn, de Richtlijn voor de behandeling van stedelijk afvalwater en de Nitraatrichtlijn. In Nederland wordt de uitvoering van deze EU-regelgeving gegarandeerd door nationale wetgeving, waaronder de Waterwet en de Wet milieubeheer.

Uitgelichte projecten

• New Harmonica
• Evaluatie van het mestbeleid
• Fairway
• Analyse van de huidige en toekomstige doelstellingen voor belastingvermindering om de goede ecologische toestand van zoetwaterlichamen in Nederlandse stroomgebieden te bereiken
• Maatregelen in grondwaterbeschermingsgebieden om te voldoen aan de nitraatnorm.

Uitgelichte methodes

Ons team heeft verschillende wereldwijd erkende modellen ontwikkeld, waaronder het nutriëntenafvoer- en uitspoelingsmodel ANIMO, het nationale waterkwaliteitsmodel LWKM en het model voor vervuilingsbronverdeling ECHO. Deze waterkwaliteitsmodellen zijn van vitaal belang voor het effectieve begrip en beheer van waterbronnen, en bieden essentiële inzichten in de factoren die de waterkwaliteit beïnvloeden. Ze ondersteunen niet alleen de naleving van regelgeving, maar helpen ook bij het creëren van beheerstrategieën die gericht zijn op het verminderen van vervuiling en het beschermen van aquatische ecosystemen. 

Onze veldexperimenten concentreren zich voornamelijk op studies over nutriëntenbelasting en het traceren van vervuilingsbronnen, waarbij we de impact van landbouwpraktijken op waterkwaliteit beoordelen. Deze onderzoeken leveren cruciale inzichten op in de dynamiek van aquatische systemen en de effectiviteit van verschillende beheersmaatregelen. De verzamelde gegevens vergroten ons begrip van aquatische ecosystemen, ondersteunen beleidsbeslissingen, optimaliseren het beheer van waterbronnen en bevorderen duurzame praktijken om specifieke waterkwaliteitsuitdagingen aan te pakken. 

Samenvatting

Bodemgezondheid wordt gedefinieerd als het blijvende vermogen van de bodem om te functioneren als een levend ecosysteem dat planten, dieren en mensen ondersteunt. Het begrijpen van bodemgezondheid vereist een interdisciplinaire benadering, die onderwerpen omvat zoals bodemverontreiniging, biodiversiteit en bodemprocessen. Dit thema brengt ons diverse team samen om de complexe uitdagingen aan te pakken die de duurzame werking van bodems ondersteunen.

Waarom dit thema?

Er is steeds meer besef dat bodems beschermd moeten worden om hun vitale bijdragen aan de samenleving te waarborgen, waaronder essentiële ecosysteemdiensten. Bodems vormen de basis voor het aanpakken van huidige maatschappelijke uitdagingen, zoals het bereiken van een circulaire economie en het waarborgen van voedselveiligheid. Deze urgentie komt tot uiting in recente ontwikkelingen zoals de Wereldwijde Duurzame Ontwikkelingsdoelen en de EU-richtlijn voor Bodemmonitoring, die het belang van duurzaam bodembeheer en bescherming benadrukken. 

Uitgelichte projecten:

• MINOTAUR
• Ciculair terreinbeheer
• BO Bodembiodiversiteit
• Law for healthy soils

Uitgelichte methodes:

• Experimenten en observationele veldstudies gecombineerd met statistische en machine learning-benaderingen om geschikte indicatoren voor bodemgezondheid en bodemfunctie te identificeren, en de invloed van beheerpraktijken en verontreiniging op bodemgezondheid te evalueren.
• Gevestigde en nieuwe beoordelingsmethoden voor bodemgezondheid, biodiversiteit en processen (incubatiestudies, stabiele isotopentracering, profilering van microbiële gemeenschappen met behulp van vetzuren en eDNA).
• Transfermodellen voor verontreinigingen

Samenvatting

Complexe milieukwesties, wetenschappelijk onderzoek en beleidsbeslissingen om deze problemen aan te pakken zijn vaak afhankelijk van modelleringstudies die meerdere milieuthema’s integreren. Binnen ons team zijn verschillende geïntegreerde modellen ontwikkeld die worden gebruikt om verliezen naar het milieu te monitoren en de effecten van beleidsopties op landbouwpraktijken te evalueren, evenals de gerelateerde impact op nutriënten, metalen en koolstofstromen en -balansen in het landbouw-milieusysteem.

Waarom dit thema

Beleidsgedreven veranderingen in landbedekking/landgebruik, atmosferische depositie en klimaat beïnvloeden de kringlopen van nutriënten, koolstof en metalen in de landbouw, en zodoende ook hun verliezen naar het milieu. Meerdere stikstofverbindingen (zoals NH3, NO3 en N2O) worden bijvoorbeeld uitgestoten door verschillende bronnen (zoals stallen, mest en meststoftoepassing), beïnvloeden elkaar in verschillende compartimenten (plant, bodem, water en lucht) en kunnen meerdere effecten hebben (zoals verzuring, eutrofiëring, menselijke gezondheid) op verschillende ruimtelijke schalen (lokaal, regionaal, nationaal, mondiaal). Door het ontwikkelen en gebruiken van geïntegreerde modellen streeft ons team ernaar deze veelzijdige effecten voor verschillende verbindingen, compartimenten en op verschillende schalen vast te leggen.

Uitgelichte projecten

• Geïntegreerde studies ter ondersteuning van nationale en regionale beleidsmaatregelen voor het verbeteren van de milieukwaliteit (bijv. een geïntegreerde modelleringstudie in het kader van het Nationaal Programma Landelijk Gebied)
• Evaluatie-/scenario-studie in het kader van de Meststoffenwet (EMW)
• Monitoring en evaluatie van de Stikstofreductie- en Natuurverbeteringswet (MESN)
• Herontwerp en verdere ontwikkeling van een ruimtelijk expliciet nationaal model voor gasemissies uit de landbouw.

Uitgelichte methodes

Onze integrale modellen combineren interdisciplinaire kennis over processen die de stromen van nutriënten, koolstof en sporenelementen in het landbouw-milieusysteem beschrijven. Dit omvat de integratie van GIS-databases, die ruimtelijk expliciete informatie bevatten over landbouwtellingen, met emissiefactoren die worden bepaald door experimenteel werk en literatuurstudies. Scenario's worden gekoppeld aan de modellen om te evalueren hoe beleidsmatige aanpassingen in het landbouwsysteem de verliezen van nutriënten, koolstof en sporenelementen beïnvloeden.

Samenvatting

Het beheer van landbouwgronden kan leiden tot de uitstoot van broeikasgassen zoals lachgas (N2O), koolstofdioxide (CO2) en methaan (CH4), en luchtverontreinigende stoffen zoals ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NOX). Het verminderen van deze emissies is cruciaal om de opwarming van de aarde te beperken en de milieu-impact op natuurgebieden te verminderen. Binnen ons team voeren we experimenteel onderzoek uit om het effect van een breed scala aan beheerpraktijken, zoals bemesting, grondbewerking, waterpeilbeheer en soortensamenstelling, op de emissies van deze gassen te onderzoeken. Daarbij ontwerpen we of adviseren we over mitigatiestrategieën die de milieudruk van de landbouw kunnen verlichten.

Waarom dit thema?

Landbouw in Nederland staat, net als op andere plekken, onder steeds grotere druk en wordt verwacht zijn koolstofvoetafdruk en de uitstoot van verontreinigende stoffen te verminderen. Er is veel belangstelling van overheidsinstellingen, de landbouwgemeenschap en de agrarische industrie om manieren te vinden om de milieudruk te verlagen. 

Ons werk over gasemissies wordt ook gedreven door doelen en afspraken om de uitstoot van broeikasgassen en luchtvervuiling te verminderen op wereldwijde, Europese en nationale niveaus. Voorbeelden hiervan zijn het Klimaatakkoord van Parijs, de nationale emissieplafondrichtlijn (NEC), het Göteborgprotocol en bijbehorende nationale wetgeving zoals de mest- en stikstofmaatregelen. Ons onderzoek voedt modellen die de emissies uit de landbouw op nationaal (NEMA) en regionaal (INITIATOR) niveau berekenen en die worden gebruikt om emissies te rapporteren aan internationale richtlijnen, scenario-analyses uit te voeren of de impact van mitigatiemaatregelen op verschillende ruimtelijke niveaus te beoordelen. 

Uitgelichte projecten

• Experimenten en observationele veldstudies gecombineerd met statistisVerbeteren van emissiefactoren voor N2O en NOX: In dit project beoordelen we de N2O- en NOX-emissies van verschillende minerale meststoffen en van grazende runderen (urine- en mestvlekken) onder Nederlandse omstandigheden. Het doel is om N2O- en NOX-emissiefactoren voor bemesting te specificeren en de modelramingen van deze emissies op nationaal en regionaal niveau te verbeteren.
• NOBV: In het nationale onderzoeksprogramma voor broeikasgasemissies uit veengebieden meten we de N2O-emissies van beheerde veengebieden. In dit onderzoek kijken we naar de effecten van verschillende stikstofbronnen (meststoffen en dierlijke mest) en waterbeheerregimes (waterpeil en type drainage).
• PPS Verminderen van N2O-emissies: In dit project, dat deels gefinancierd wordt door het Ministerie van Landbouw en deels door de zuivelsector (ZuivelNL en FrieslandCampina), onderzoeken we verschillende mitigatieopties voor N2O-emissies, zoals het tijdstip van bemesting, het bekalken van landbouwgrond en de selectie van graslandsoorten.
• NKS Verbeteren van emissiefactoren voor NH3 uit meststoffen: Voor het nationale stikstofkennisprogramma (NKS) onderzoeken we de NH3-emissies van verschillende minerale meststoffen. We kijken naar de effecten van factoren zoals de stikstofvorm van de meststof, de coating van de meststof, bodemtype en -textuur, pH en bodemvocht. Ook hier is het doel om de emissiefactoren en modelvoorspellingen te verbeteren.

Uitgelichte methodes

• We gebruiken een combinatie van literatuurstudies, incubatieproeven, kasexperimenten en veldproeven in ons onderzoek naar landbouwemissies en de drijfveren daarvan. Typisch worden veldproeven opgezet voor de bepaling van jaarlijkse emissies en emissiefactoren, evenals de effecten van landbouwpraktijken. Deze emissiefactoren kunnen worden gebruikt in emissiemodellen. Kas- en incubatiestudies worden gebruikt om ons begrip van onderliggende bodemprocessen te vergroten. 

• Voor de gasmetingen in onze experimenten gebruiken we meestal een statisch kamerontwerp in combinatie met een gasanalyse-apparaat om concentratieverhogingen van broeikasgassen (N2O, CO2, CH4) te detecteren. Voor de emissies van NH3 en NOX gebruiken we een geventileerd of dynamisch kamerontwerp in combinatie met een zuurval of een gasanalyse-apparaat. Daarnaast maken we gebruik van automatische kamers in combinatie met een gevoelige analyzer om temporele emissiepatronen in hoge resolutie te bestuderen onder gecontroleerde omstandigheden.