2.1
Inleiding
In 1985 is in de nabijheid van 50 putten van het Landelijk Meetnet Grondwaterkwaliteit (LMG) een multifilterput geplaatst om onderzoek te kunnen doen naar de kwaliteit van het ondiepe en bovenste grondwater. Een multifilterput is een put waarin meerdere filters op verschillende diepten onder de grondwaterspiegel zijn geplaatst, zie Figuur 1.6 en Figuur 2.1. Voor alle putten is een gedetailleerde boorbeschrijving gemaakt tijdens de plaatsing. De putten zijn nooit gebruikt voor onderzoek of monitoring, omdat na de installatie van de putten besloten werd onderzoek te gaan doen naar de kwaliteit van de bovenste meter van het
grondwater (zie bijvoorbeeld het onderzoek beschreven door Boumans, 1990).
Figuur 2.1 Multifilterput naast akker (links) en de uitvoering van de bemonstering (rechts).
Het veldonderzoek aan de LMG-multifilterputten is een beperkt onderzoek en is uitgevoerd in december 2004. Het onderzoek had een tweeledig doel. Ten eerste diende het als een vooronderzoek. In dit vooronderzoek zouden 16 referentieputten worden geselecteerd. In het vervolgonderzoek zou bij deze putten de bemonsteringsmethoden worden uitgetest in een vergelijkend onderzoek (zie hoofdstuk 4). Ten tweede diende het onderzoek om extra
informatie te verkrijgen over het verloop van de nitraatconcentratie met de diepte. Alleen dit laatste doel bleek na afloop van het onderzoek nog relevant. In de oorspronkelijke opzet zouden de te testen bemonsteringsmethoden zich beperken tot methoden die werkten met tijdelijke boorgaten. In het voorjaar van 2005 werd duidelijk, door de discussies met de klankbordgroep en de opdrachtgevers, dat ook bemonsteringsmethoden met permanente putten in het veldonderzoek dienden te worden meegenomen. Aangezien dergelijke bemonsteringsmethoden algemeen geaccepteerd zijn, verviel de noodzaak voor een vervolgonderzoek bij de multifilterputten.
2.2
Opzet van het onderzoek
Het onderzoek omvatte het in kaart brengen en fotograferen van alle multifilterputten en het éénmalig bemonsteren van alle filters. De watermonsters zijn in het veld geanalyseerd, waarbij de zuurgraad (pH), de elektrische geleidbaarheid (EC) en de nitraatconcentratie
(Nitrachek kleuringmethode) zijn bepaald. De uitvoering van het onderzoek zal in meer detail worden beschreven in een RIVM-rapport (Fraters et al., in voorbereiding). In totaal bleken 44 van de 50 putten terug te vinden en te functioneren. Hiervan zijn 29 representatief voor landbouw en de overige 15 voor natuur. In Tabel 2.1 is een overzicht gegeven van de precieze verdeling van de putten over grondsoort, bodemgebruik en drainageklasse5. In Figuur 2.2. is de ligging van de putten te weergegeven.
Tabel 2.1 Verdeling van de 44 LMG multifilterputten over grondsoorten1, drainageklassen en landgebruik.
Dalgrond Zandgrond
Neutraal Nat Droog Neutraal Nat Totaal
Landbouw 2 4 9 9 5 29
Natuur 9 6 15
Totaal 2 4 18 15 5 44
Figuur 2.2 Overzicht van de ligging van de 44 multifilterputten in de zandgebieden, achtergrond vereenvoudigde bodemkaart van Nederland.
5 Er zijn drie drainageklassen onderscheiden: nat, neutraal en droog. Deze zijn gebaseerd op een clustering van
grondwatertrapklassen (Gt). Nat omvat de Gt’s I tot en met IV, neutraal de Gt’s V, V* en VI en droog de Gt’s VII en VIII (= VII*), zie §1.1.3.
2.3
Resultaten
Het verloop van de nitraatconcentratie met de diepte in de multifilterputten is grillig en er zijn grote verschillen tussen putten, zie bijvoorbeeld Figuur 2.4. Bij vier putten was het niet mogelijk het filter of de filters in de eerste en/of vijfde meter van het grondwater te
bemonsteren. De gemiddelde nitraatconcentratie in de eerste meter van het grondwater bij de overige 25 putten was 58 mg l-1. De concentratie in de vijfde meter was 73 mg l-1 (26% hoger). De gemiddelde concentratie in de bovenste vijf meter was 63 mg l-1. Bij de gronden met drainageklasse droog (droge gronden: Gt VII en Gt VIII) is de nitraatconcentratie op vijf meter onder de grondwaterspiegel gemiddeld twee keer zo hoog als de concentratie in de eerste meter, zie Figuur 2.3. Bij de gronden met een drainageklasse neutraal (neutrale
gronden: Gt V, V* en VI) is er een gemiddelde afname van 13%. Uit Figuur 2.3 is af te lezen dat de nitraatconcentratie vooral bij de neutrale gronden sterk varieert (groot verschil tussen onder- en bovengrens van het 95%-betrouwbaarheidsinterval van het gemiddelde). Bij de gronden met een drainageklasse nat (natte gronden: Gt I t/m IV) is de gemiddelde afname 31%. Maar bij deze gronden zijn de nitraatconcentraties in de eerste meter gemiddeld al laag.
0 100 200 300 400 500 600 0 50 100 150 200 nitraatconcentratie (mg/l) d iept e benede n gw s ( cm ) droog ondergrens bovengrens neutraal ondergrens bovengrens nat ondergrens bovengrens
Figuur 2.3: Verloop van de gemiddelde nitraatconcentratie met de diepte onder de grondwaterspiegel bij landbouwpercelen in de zandgebieden in 2004 voor de drie drainageklassen: nat (Gt I t/m IV, 7 putten), neutraal (Gt V, V* en VI, 10 putten) en droog (Gt VII en VIII, 8 putten).
Gestippelde lijnen geven 95%-betrouwbaarheidsinterval van gemiddelde waarden.
Het aantal putten met een toe- of afname per drainageklasse is gegeven in Tabel 2.2, hiervoor is ook gekeken naar het verloop bij de vier putten met ontbrekende metingen. Duidelijk is dat bij de droge gronden de meeste profielen een toename te zien geven, zie ook Figuur 2.4.
Tabel 2.2 Verandering van de nitraatconcentratie met de diepte in de 29 LMG multifilterputten bij landbouwpercelen in de zandgebieden in 2004 voor de drie drainageklassen: nat (Gt I t/m IV), neutraal (Gt V, V* en VI) en droog (Gt VII en VIII).
Verandering Droog Neutraal Nat Totaal
Toename 7 2 1 10
Geen 2 6 5 13
Afname 0 3 3 6
Totaal 9 11 9 29
De nitraatconcentraties in de negen putten met drainageklasse droog variëren in de eerste meter van minder dan 10 mg l-1 tot meer dan 250 mg l-1, zie Figuur 2.4. De
nitraatconcentraties nemen bij de meeste putten toe, maar het patroon is zeer grillig.
De meeste putten met drainageklasse neutraal en nat tonen geen verandering (Tabel 2.2). De nitraatconcentraties zijn zowel bovenin als onderin laag. De hogere nitraatconcentratie in de eerste meter bij de neutrale gronden vergeleken met die bij droge gronden (Figuur 2.3) wordt veroorzaakt door drie neutrale locaties met hoge nitraatconcentraties in de eerste meter, zie Figuur 2.5. Ook de afname van de nitraatconcentratie met de diepte bij de neutrale gronden komt voor rekening van deze drie putten. Meer dan de helft van de putten (zes van de elf) bevat over het gehele dieptetraject nauwelijks of geen nitraat (< 10 mg/l).
0 200 400 600 800 1000 0 50 100 150 200 250 300 350 nitraatconcentratie (mg/l) di ep te be ned en gws ( cm) put 5 put 16 put 17 put 107 put 212 put 256 put 271 put 334 put 377 landbouw op zand droog
LMG-multifilter-NO3-V1.xls/Fig NO3 droog
Figuur 2.4 Verloop van de nitraatconcentratie met de diepte onder de grondwaterspiegel bij negen multifilterputten op zandgronden met drainageklasse droog (Gt VII en VIII).
0 200 400 600 800 1000 0 100 200 300 400 500 nitraatconcentratie (mg/l) di ep te be ned en gws ( cm) put 10 put 12 put 106 put 186 put 202 put 213 put 97 put 124 put 251 put 338 landbouw op zand neutraal
LMG-multifilter-NO3-V1.xls/Fig NO3 droog
Figuur 2.5: Verloop van de nitraatconcentratie met de diepte onder de grondwaterspiegel bij elf multifilterputten op zand- en dalgronden met drainageklasse neutraal (Gt V, V* en VI).
2.4
Discussie
De nitraatconcentratie in de vijfde meter is bij de natte gronden gemiddeld 31% en neutrale gronden gemiddeld 13% lager dan in de eerste meter. Indien de verlaging van de toetsdiepte een toetsing betekent aan de concentratie in de bovenste vijf meter, dan is er voor de neutrale gronden in dit onderzoek geen verschil tussen gemiddelde nitraatconcentratie van de eerste meter van het grondwater en de bovenste vijf meter. Voor de natte gronden is het verschil in dat geval ongeveer even groot (34%) als de afname tussen de eerste en vijfde meter. Dieper toetsen zou voor de natte gronden op basis van deze afname mogelijk interessant kunnen zijn. Er moet dan wel gekeken worden naar de afwentelingeffecten naar het grondwater (toename van andere stoffen) of naar het oppervlaktewater (uit- en afspoeling van stikstof). Uit
onderzoek naar nitraatgehalten in sloot- en drainwater (zie § 7.4) blijkt dat een gedeelte van de afname mogelijk kan worden gerelateerd aan uitspoeling. Op basis van de beschikbare gegevens is het niet mogelijk het aandeel van denitrificatie in de afname van nitraat op betrouwbare wijze vast te stellen. Voor de droge gronden is er een toename van 109% met de diepte. De gemiddelde concentratie in de bovenste vijf meter is 38% hoger dan in de eerste meter. Dieper toetsen lijkt voor deze gronden weinig zinvol.
Een toename van de nitraatconcentratie met de diepte, zoals waargenomen bij de droge gronden, lijkt misschien vreemd. Zowel de vorming van nitraat in de verzadigde ondergrond als desorptie zijn niet relevant. De toename met de diepte kan voor een deel gerelateerd zijn aan het feit dat het diepere grondwater ouder is (van vóór het huidige mestbeleid) of aan horizontaal transport van grondwater uit nitraat-rijkere percelen (zie ook §1.1.5).
Stel dat nitraat niet denitrificeert en elk jaar het neerslagoverschot 300 mm bedraagt. Bij een standaard zandgrond zonder storende lagen in een infiltratiegebied zal dan het grondwater jaarlijks een meter naar beneden zakken. Het leeftijdsverschil tussen de eerste en vijfde meter is dan vier jaar. Als in die periode de stikstofgift is verminderd en daarmee de uitspoeling naar het grondwater, dan zal de nitraatconcentratie bovenin lager zijn dan onderin. In de periode 1995-2002 zijn de stikstofgift en de gemiddelde nitraatconcentratie in de bovenste
meter van het grondwater in de zandgebieden, gecorrigeerd voor neerslageffecten, inderdaad afgenomen (Fraters et al., 2004).
Als de hoeveelheid stikstof die jaarlijks naar het grondwater uitspoelt (in kg) in de tijd gelijk is, kan door een toename van het jaargemiddelde neerslagoverschot in de tijd de
nitraatconcentratie afnemen. Er is dan sprake van een verdunning. Ook in dit geval zal de nitraatconcentratie met de diepte toenemen. De jaarlijkse hoeveelheid neerslag in de jaren negentig van de vorige eeuw varieerde van bijna 600 mm tot ruim 1200 mm. De
verdunningsfactor kan dus een factor twee verschillen.
Een andere mogelijke verklaring voor het gemeten verloop van de nitraatconcentratie met de diepte is de aanwezigheid van een storende laag of lagen tussen de eerste en vijfde meter. Het grondwater stroomt dan niet verticaal, maar zal horizontaal worden afgevoerd. Het
grondwater op vijf meter onder de grondwaterspiegel komt van elders. Als dit een (in het verleden) zwaarder bemest perceel is, zal de nitraatconcentratie op vijf meter diepte hoger kunnen zijn.
Deze drie factoren kunnen niet alleen leiden tot een hogere, maar ook tot een lagere
nitraatconcentratie. Een afname van de nitraatconcentratie betekent dus niet per definitie dat er sprake is van denitrificatie.
In de periode 1995-2002 is zowel het stikstofoverschot gedaald, als het neerslagoverschot gestegen. Deze twee factoren werken beide in de richting van een toename van de
nitraatconcentratie met de diepte. Storende lagen zouden geen rol hebben mogen spelen in dit onderzoek, omdat dergelijk lagen niet zijn waargenomen bij het plaatsen van de putten. Tot slot is er mogelijk het in §1.1.5 genoemde technische probleem in verband met de plaats van de put buiten het perceel. De vraag of de nitraatconcentratie in het bovenste filter een goede weergave geeft van de nitraatconcentratie in de bovenste meter in het landbouwperceel is niet met een ja of nee te beantwoorden. Zoals uit Figuur 2.3 blijkt, zitten de bovenste filters bij de neutrale en droge gronden gemiddeld op ongeveer één meter onder de
grondwaterspiegel, er zal dus enig horizontaal transport hebben plaatsgevonden.
2.5
Conclusies
Bij de 25 LMG-locaties bij landbouwpercelen was sprake van een gemiddeld 26% hogere nitraatconcentratie in de vijfde meter van het grondwater vergeleken met de eerste meter. Het verloop van de nitraatconcentratie met de diepte is verschillend voor gronden met een drainageklasse droog en voor gronden met een drainageklasse neutraal of nat. Voor de droge gronden (nitraatuitspoelingsgevoelige gronden) is in de bovenste vijf meter van het
grondwater een grote toename van de nitraatconcentratie met de diepte te zien van 109%. Deze toename zou veroorzaakt kunnen worden door de afname van de stikstofbelasting, de toename van de neerslag en doordat deze putten niet in het perceel maar er naast staan. Voor de neutrale en natte gronden is er een afname met de diepte van de nitraatconcentratie van respectievelijk 13% en 31%. Maar vooral bij de natte gronden zegt het percentage niet zoveel, omdat de nitraatconcentratie in de eerste meter al laag is; gemiddeld 30 mg l-1 voor de zeven putten.
Toetsing aan de nitraatdoelstelling van de nitraatconcentratie in de bovenste vijf meter van het grondwater in plaats van in de bovenste meter zou voor de hier onderzochte locaties alleen een mogelijk perspectief bieden voor de natte gronden. Toetsing op vijf meter diepte onder de grondwaterspiegel zou ook voor de neutrale gronden een mogelijk perspectief bieden. Eerst zou dan wel moeten kunnen worden aangetoond dat de afname door
denitrificatie komt en niet door uitspoeling of horizontaal transport, en dat de denitrificatie geen ongewenste milieu effecten tot gevolg heeft.