De kritische depositiewaarde (KDW) was aanvankelijk gekoppeld aan de minerale neutralisatiecapaciteit van een bodem. Tegenwoordig is de KDW gekoppeld aan habitattype als een soort absoluut gegeven. Hierdoor wordt voorbijgegaan aan het feit dat bodems met dezelfde habitattypen inherent kunnen verschillen in de draagkracht voor een bepaald habitat, maar ook dat ze in de loop van de afgelopen eeuw met meer te maken hebben gehad dan alleen stikstofdepositie. Zoals met de depositie van zware metalen (lood, zink, cadmium en koper).
Tekst en foto’s: Huig Bergsma (Geochemicus / Mineraloog)
Aan het begin van de discussie over kritische depositiewaarden was een belangrijke rol weggelegd voor de mineralogie van een bodem. Bodems met een grote voorraad aan basische silicaatmineralen (zoals keileem) kunnen sneller zuur neutraliseren, en op die manier verzuring tegengaan, dan zandbodems die vrijwel geheel uit kwarts bestaan. Dit klopt in grote lijnen met de realiteit die we waarnemen en om die reden zijn natuurgebieden op een glaciale stuwwal zoals De Veluwe minder kwetsbaar dan natuurgebieden op een Brabants dekzand. Evengoed wordt de mineralogie van een bodem nu niet meer meegewogen bij vaststelling van de KDW, maar is de KDW gebaseerd op enkele veldproeven, modellen en het oordeel van experts. Zo kan het dat de KDW hetzelfde is voor droge heide op de beide hiervoor genoemde zandgronden, terwijl de kwetsbaarheid niet vergelijkbaar is.
Bodem onomkeerbaar veranderd
De KDW wordt beschouwd als een inherente eigenschap van een ecosysteem. Maar het woord inherent suggereert een bepaalde onveranderlijkheid en onafhankelijkheid die helemaal niet hardgemaakt kan worden. De bodem is een black box die we maar langzaam doorgronden. Om met de mineralen in de bodem te beginnen: door de zware zuurdepositie van de afgelopen decennia (zwaveloxiden, stikstofoxiden en ammonium) is de bodem mineralogisch onomkeerbaar veranderd. Bij zuurneutralisatie door mineralen komen kationen vrij die uitspoelen naar het grondwater. Voor de industriële revolutie was de zuurlast zo laag dat dit proces niet merkbaar verliep, maar de zuurlast van de afgelopen eeuw was zo hoog dat de mineralenvoorraad in de toplaag van de bodem meetbaar afgenomen is. De minerale bodem is versneld kwetsbaarder geworden en kan daardoor minder zuur verwerken. Dit is één van de oorzaken dat het met de tijd lastiger is geworden voor habitattypen om zich te handhaven op plekken waar ze zich voor de Tweede Wereldoorlog nog volop manifesteerden.
Invloed zware metalen
Door de tunnelvisie die er rond stikstofdepositie is ontstaan, is het makkelijk om dingen over het hoofd te zien. Als alle oplossingen worden gezocht in het reduceren van stikstof tot onder de KDW, is er dan nog behoefte aan onderzoek hoe de bodem op dit moment echt functioneert? Maar wat nou als de KDW waarde wordt gehaald en het probleem is niet opgelost? Zijn er andere factoren die het stikstofgehalte in de bodem bepalen?
Bijvoorbeeld, uit een langjarig verweringsonderzoek in Noord-Drenthe kwam naar voren dat binnen het onderzoeksgebied de ammoniumgehaltes consequent verschilden tussen de locaties terwijl er geen aanwijsbare puntbronnen waren die deze verschillen zouden kunnen verklaren. Waar de bodems wel in verschilden, was de gebruikshistorie en zo bleken de hoge ammoniumgehaltes te correleren met het totaal aan zware metalen (lood, zink, cadmium en koper) op die plek (figuur 1). Het moge duidelijk zijn dat Drenthe geen historie heeft qua ertswinning en dat de verhoogde zware metalen meestal het gevolg zijn van luchtdepositie.
Eén correlatie op locatieniveau is nog geen overtuigend bewijs dat er een verband bestaat tussen depositie van zware metalen en ophoping van ammonium, maar ook in andere databases en op provinciaal niveau (figuur 2) werd deze correlatie gevonden.
Zware metalen remmen denitrificatie
Ook de wetenschappelijke literatuur is duidelijk. De stikstofcyclus in de bodem is een complex proces met daarin twee belangrijke stappen: nitrificatie en denitrificatie. Bij nitrificatie wordt ammonium door bacteriën omgezet via nitriet naar nitraat. Bij denitrificatie wordt door andere groepen bacteriën nitraat omgezet naar gasvormige stikstofverbindingen. Waar de grond vervuild is met zware metalen, en dan vooral met zink, worden met name de nitrificerende bacteriën geremd (1). Als gevolg hiervan hoopt op deze plekken ammonium zich op in de bodem. De schadelijkheid van de zware metalen ten opzichte van de nitrificatie wordt gedomineerd door de concentratie van de zware metalen in het bodemvocht en is sterk afhankelijk van de mineralogie, organisch stofgehalte, kleigehalte en pH van de bodem. Dit is terug te zien in de verschillen tussen bodemtypes in natuurgebieden. Waar een jong stuifzand met weinig bindingsplaatsen bij een veel lager zinkgehalte al ammonium begint op te bouwen, doet een organisch stof- en kleirijke bodem dat bij hogere zinkgehalten. Als de data geëxtrapoleerd worden lijkt het er op dat zonder zware metalen in de toplaag geen noemenswaardig ammonium wordt opgebouwd. Kort door de bocht gezegd, als er met de stikstofdepositie geen gelijktijdige zware metalen depositie was geweest, was er geen ammoniumprobleem in de bodem geweest.
Zoals in de analyses van een boorkern (figuur 3) te zien is, zijn de zware metalen voornamelijk geconcentreerd in de toplaag van de bodem. Zware metalen zoals zink en lood komen weliswaar van nature in de bodem voor, maar zijn dan structureel gebonden in de mineralen kaliveldspaat, biotiet en amfibool, mineralen waaruit ze door verwering maar zeer langzaam vrijkomen. De atmosferische fijne en ultrafijne zware deeltjes zijn metallisch of metaalzouten en vele malen reactiever. De verhoging van de gehalten aan zware metalen in de bodem kan relatief klein lijken, maar toch een zeer grote invloed hebben op de biologie.
Natuurbodem vraagt brede kijk
Zonder nog verder in te gaan op de effecten van de depositie van PFAS, PAK’s, PCB’s en pesticiden op de fauna en flora van natuurgebieden moge het duidelijk zijn dat de mensen veel meer in de bodem hebben aangericht dan alleen zure en verzurende depositie. Met stoffen die op verschillende niveau’s met elkaar interacteren en het systeem als geheel verzwakt hebben. Het is misschien onterecht om één probleemstof aan te wijzen en dan te hopen dat alles zich kan herstellen terwijl er veel meer ingrepen nodig zijn om de natuur weer terug te brengen tot een staat die hoorde bij een bodem van 100 jaar geleden. Want als je één zwakke schakel in het systeem hebt gerepareerd wordt pas duidelijk wat de volgende zwakke schakel is. Het zou mooi zijn als dit pleidooi voor een meer holistische kijk op de bodem opgepikt wordt. Als dit niet gebeurt en we blijven met een bulldozer mentaliteit papieren milieudoelstellingen najagen, dan wil ik graag de sabeltandtijger terug.
Literatuur
(1) Lu L., Chen C., Tan K., Min W., Matthew S., Shan H.(2022). Long-term Metal Pollution Shifts Microbial Functional Profiles Of Nitrification And Denitrification In Agricultural Soils. Science of The Total Environment. Volume 830, 15 July 2022, 154732
