Gevaar voor zuurstoftekorten ten gevolge van eutrofiëring

De zuurstofconcentratie is de resultante van uitwisseling met de atmosfeer en primaire productie enerzijds, en consumptie door respiratie en oxidatiereacties anderzijds (zie toetsparameter Zuurstof). De respiratie is in hoofdzaak bacteriële respiratie voor de afbraak van de organische belasting (BOD-C) en zuurstofvraag voor nitrificatie (NOD). Respiratie door hogere organismen is relatief klein en wordt niet mee geëvalueerd, met ook hier de opmerking dat indien een toename van hypoxische condities aan de bodem wordt waargenomen, respiratie door benthische organismen wel van belang wordt. In het huidige Schelde-ecosysteem wordt ook de nachtelijke respiratie door algen als klein verondersteld.

De rekenparameters die wijzen op mogelijke zuurstoftekorten worden in de Zeeschelde bepaald in elk Schelde compartiment (niveau 4). In de Westerschelde, waar het zuurstofprobleem minder aan de orde is, volstaat een beoordeling per zone (niveau 3).

NOD (Nitrogen Oxygen Demand)

Bij zomerse temperaturen treedt nitrificatie snel op en onttrekt in korte tijd veel zuurstof aan het water. Een hoge ammoniumvracht kan, wanneer de omstandigheden voor nitrificatie gunstig zijn, met name hoge temperaturen en de aanwezigheid van een actieve populatie nitrificerende

bacteriën, in enkele uren tijd het zuurstofgehalte drastisch naar beneden trekken. Ammoniumconcentraties zijn daarom essentieel voor het bepalen van het gevaar op zuurstoftekorten. Ook voor nitriet zal nog zuurstof opgenomen worden voor de productie van nitraat. Op basis van de concentraties aan NH4+ en NO2- kan een indicator voor de “stikstof- zuurstofvraag” bepaald worden: de NOD (nitrogen oxygen demand). Deze rekenparameter omvat niet de totale stikstof-zuurstofvraag, enkel deze voor de snelle omzetting van de anorganische stikstofcomponenten ammonium en nitriet. Er bestaat ook een traag omzetbare stikstoffractie, welke vervat zit in organische verbindingen. Daarvoor is eerst decompositie vereist om het ammonium vrij te stellen, waarna een nitrificatie kan optreden. Dit proces consumeert ook zuurstof, maar veel langzamer. Wat betreft het Schelde-estuarium, is de kennis over deze fractie relatief beperkt en wordt deze fractie niet verder beschouwd bij de evaluatie. Meer informatie in Bijlage 1 achteraan dit hoofdstuk.

Voor de rekenparameter NOD wordt de stikstofzuurstofvraag benaderd uitgaande van de concentraties aan ammonium en nitriet:

NOD = 4.33 [NH4+-N] + 16/14 [NO2--N]

Wettelijke bepalingen voor NOD bestaan niet. Ook voor de ammoniumconcentratie zijn geen bovengrenzen opgenomen in de KRW. Wel zijn er bepalingen voor BOD in de Zeeschelde, welke niet hoger mag zijn dan 6 mg/l. Als de NOD 6 mg/l zou bedragen, kan dit bij zomerse temperaturen onmiddellijk tot zuurstofproblemen leiden. Daarom wordt hier gesteld dat deze snel omzetbare NOD fractie maximaal 1/3 mag zijn van de totale zuurstofvraag. Als bovengrens voor NOD wordt daarom 2 mg/l aangehouden.

BOD-C

Bacteriële afbraak van de organische belasting vormt een tweede belangrijke oorzaak van zuurstoftekorten. Afbraak van organisch materiaal verloopt een stuk trager, waardoor de daling van het zuurstofgehalte minder snel zal verlopen dan bij nitrificatie (dagen in plaats van uren). Modelstudies zijn vereist om een beter inzicht te krijgen in de snelheid waarmee zuurstoftekorten zich kunnen voordoen. Niet alle organisch materiaal kent immers dezelfde afbraaksnelheid. Momenteel wordt voorgesteld om als enige indicator voor de zuurstofvraag voor koolstofmineralisatie de BOD-C (biochemical oxygen demand – carbon) te gebruiken. Deze BOD bevat geen zuurstofvraag meer voor nitrificatie, en wordt bepaald door het toedienen van een nitrificatieremmer aan het BOD experiment. (Ook uit BOD stalen zonder nitrificatieremmer kan de BOD-C afgeleid worden, zie Bijlage 1 achteraan dit hoofdstuk).

In de KRW Vlaanderen wordt 6 mg/l als norm gehanteerd voor BOD. We hanteren de Vlaamse norm als bovengrens voor BOD-C. Wanneer metingen of modelresultaten uitwijzen dat deze grenswaarde onverzoenbaar is met goed ecologisch functioneren van het estuarium, dient de waarde aangepast te worden. Deze nieuwe grenswaarde kan later opnieuw geëvalueerd te worden en desnoods aangepast te worden aan de veranderende systeemkenmerken van het estuarium.

Bij zeer lage BOD meetresultaten wordt de nauwkeurigheid van de metingen twijfelachtig. In de Westerschelde liggen de BOD-waarden, voornamelijk door sterke verdunning, steeds zeer laag. Evaluatie van BOD-waarden is daarom niet nodig in de Westerschelde.

TDIN en fosfaat-P

De organische belasting bestaat uit autochtoon en allochtoon materiaal. De BOD-C en NOD metingen aan de opwaartse systeemgrenzen zijn een goede indicator voor de allochtone vracht (vanuit het bekken). De autochtone vracht wordt bepaald door de primaire productie, welke afhankelijk is van de nutriëntvrachten. De totale vracht aan opgeloste anorganische stikstof (TDIN) en fosfaat is daarom een goede maat voor het risico op overmatige algenbloei en het ontstaan van een grote autochtone zuurstofvraag. Anderzijds is er een minimale vracht aan nutriënten vereist voor het onderhouden van de voedselketen.

Evaluatiemethodiek Schelde-estuarium Waterkwaliteit

In het huidige estuarium echter zijn nutriënten meestal niet limiterend. Het estuarium wordt licht gelimiteerd verondersteld. In de Zeeschelde zijn naast lichtbeschikbaarheid ook temperatuur, zout en begrazing cruciale factoren voor de primaire productie (Cox 2008), evenals verblijftijd. Bij een korte verblijftijd (hoog debiet) wordt minder fytoplanktonbiomassa opgebouwd dan bij lange verblijftijd (laag debiet). Een lange verblijftijd verhoogt zo de effecten van eutrofiëring (hoge algenbiomassa's, siliciumdepletie, verhoogde relatieve abundantie van niet-diatomeeën, verhoogde zuurstofconsumptie door autotrofe respiratie). Een korte verblijftijd daarentegen vermindert de potentie voor autochtone productie, en zo ook de beschikbaarheid van voedsel voor hogere trofische niveaus. De verblijftijd in de Boven-Zeeschelde wordt bepaald door het debiet dat uit het stroomgebied stroomopwaarts Gent de Boven-Zeeschelde binnen vloeit. Het debiet dat het estuarium zo binnen komt is ongetwijfeld sterk verlaagd door menselijk ingrijpen. Bij het beoordelen van de nutriënten moet daarom verblijftijd en lichtklimaat mee in beschouwing genomen worden als verklarende parameters. Een diepgravende studie van de effecten van veranderend lichtklimaat of verblijftijd op het ecologisch functioneren van het estuarium, en de vergelijking met een (historische) referentiesituatie is vooralsnog niet voorhanden. Meer kennis over deze cruciale sturende elementen is vereist voor een verdere uitwerking van deze indicator. TDIN= NH4+-N + NO2--N + NO3--N

Voor de beoordeling van de rekenparameters TDIN en Fosfaat gelden pristiene situaties niet als referentie, wel de vereisten om algenbloei in het estuarium niet te laten ontsporen met zuurstofgebrek als gevolg. Hiervoor is geen pasklare norm voorhanden. De beoordeling voor deze indicator zal erin bestaan eerst na te gaan welke waarden TDIN en PO4-P mogen aannemen, binnen het actuele ecosysteemfunctioneren, opdat geen zuurstoftekorten zullen ontstaan. Voor elke zone (niveau drie) dient bepaald te worden welke minimale primaire productie vereist is om voldoende zuurstof te generen voor de huidige organische belasting, en om voldoende voedsel te voorzien voor de gewenste hogere trofische niveaus. Terugkoppeling naar verblijftijden en lichtklimaat zijn hierbij essentieel. De opgebouwde algenbiomassa mag echter niet te groot worden, anders ontstaat het risico op zuurstoftekorten bij plots afsterven van de populatie. Grenswaarden voor algenbiomassa dienen daarom afgeleid te worden, wat beperkingen zal opleggen aan een complex samenspel van nutriënten, verblijftijd en lichtklimaat. Het is op dit moment nog niet mogelijk de criteria voor deze rekenparameters uit te diepen. Gezien de overmaat aan nutriënten die momenteel nog aanwezig is in het estuarium, wordt bij ontbreken van gedetailleerde criteria, elk status quo of daling voor de rekenparameters TDIN en PO4-P positief geëvalueerd. Om schommelingen tussen natte en droge jaren te ondervangen, stellen we dat de jaargemiddelde concentratie niet mag stijgen ten opzichte van de gemiddelde van de voorbije 6 jaar, te bepalen voor elke zone op niveau 3.