2. rapportBurkmeer.pdf

Resulten inventarisatie CO2- en CH4-emissie uit veenweide in het Burkmeer, NoordHolland.

J. van Huissteden Juli 2021 Kytalyk Carbon Cycle Research V.O.F. Wentholtweg 1 Epse info@kytalyk.nl

1

Table of Contents Samenvatting........................................................................................................................................3 1. Inleiding............................................................................................................................................4 2. Beschrijving van de Burkmeer polder..............................................................................................5 3. Principes van het meten van broeikasgassen uit de bodem..............................................................6 3.1. CO2...........................................................................................................................................6 3.2. CH4...........................................................................................................................................7 3.3. Ruimtelijke variatie grondwaterstand in een veenweideperceel...............................................7 4. Methoden..........................................................................................................................................8 4.1. Apparatuur.................................................................................................................................8 4.2.

Meetstrategie.............................................................................................................................9 4.3. Global Warming Potential CH4..............................................................................................10 4.4. Modellering.............................................................................................................................10 5. Resultaten.......................................................................................................................................12 5.1. Grasland metingen..................................................................................................................12 5.2. Greppels en poelen..................................................................................................................12 5.3. Schatting gemiddelde flux in CO2-equivalenten....................................................................13 5.4. Onderlinge verschillen tussen vegetatietypen binnen de graslandvegetaties.........................13 5.5. Modelresultaten......................................................................................................................14 6. Interpretatie en discussie................................................................................................................18 6.1.

Veldmetingen..........................................................................................................................18 6.2. Model......................................................................................................................................20 8. Conclusies en aanbevelingen..........................................................................................................21 Literatuur............................................................................................................................................23

2

Resulten inventarisatie CO2- en CH4-emissie uit veenweide in het Burkmeer, Noord-Holland. Samenvatting In opdracht van de gemeente Amsterdam is in de periode mei – juni 2021 onderzoek uitgevoerd naar CO2- en CH4 emissie uit de bodem in de Burkmeer polder bij Broek in Waterland. In deze polder wordt in de zomer van 2021 gestart met lisdoddeteelt, een landbouwgewas dat bij waterverzadigde bodem geteeld kan worden. Hiermee kan bodemdaling en CO2-emissie door oxidatie van veen geremd kan worden, terwijl agararisch landgebruik mogelijk blijft. Er is op vier dagen gemeten met een mobiel gesloten kamersysteem, gekoppeld aan een veldgasanalyzer. Hiermee kan in relatief korte tijd een groot aantal lokaties bemeten worden zodat een schatting gemaakt kan worden van de gemiddelde CO2- en CH4 emissie over een groter oppervlak. De ecosysteem-respiratie is gemeten na afknippen van de grasvegetatie en stilleggen van fotosynthese door verduistering, om de CO2-emissie door afbraak van organische stof in de bodem zo dicht mogelijk te benaderen. De gemiddelde CO2-emissie van de grasland-vegetatie in het diepste deel van de polder is 0.37 ± 0.23 ton /ha/dag over alle 4 meetdagen. De variatie is echter groot per meetdag, tussen 0.2 en 0.7 ton/ha/dag; bovendien is het een relatief korte periode waarin het winterseizoen met doorgaan lagere fluxen niet is opgenomen.

De meetwaarden liggen binnen het bereik van gebruikelijke waarden voor het veenweidegebied. Op de laatste meetdag was de emissie ondanks hoge temperatuur vrij laag; mogelijk kan op deze dag uitdroging van de toplaag van de bodem een rol gespeeld hebben. Het grasland heeft een relatief grote diversiteit aan vegetatie vergeleken met de normale uniforme Engels raaigras vegetatie. De vegetatie varieert van kale plekken en poelen, laag gras/kruiden, tot middenhoog en hoog gras. De variatie in CO2-emissie tussen deze vegetatietypen is hoog omdat een deel van de gemeten CO2-emissie bestaat uit wortelrespiratie en afbraak van recent geproduceerde organische stof, en dus van de hoeveelheid biomassa afhankelijk is. De methaanfluxen zijn verwaarloosbaar. Alleen in greppels, poelen en slootkanten worden af en toe hoge emissies gemeten. Vermoedelijk heeft het grondwater in de polder een relatief hoog sulfaatgehalte, wat de methaanemissie remt. Wanneer gerekend wordt met een oppervlakte percentage van greppels en poelen van 5% en de CH4 emissie wordt omgerekend in CO2equivalenten, komt de totale emissie (Reco CO2 + CH4 emissie) uit op gemiddeld 0.367 ± 0.235 ton /ha/dag, en draagt dus niet noemenswaardig bij. Modelsimulaties met het Peatland-VU veenbodemmodel plaatsen de metingen in een bredere context.

Het model is geijkt op de CO2-metingen; met het model kan een extrapolatie gemaakt worden over een geheel jaar. Extrapolatie over drie jaar voor de periode zomer 2018 – zomer 2021 geeft een jaarlijkse CO2 flux van 8.43 – 18.15 ton/ha/jaar voor het deel van de percelen, waar de grondwaterstand het diepst uitzakt. De flux is het sterkst in het droge jaar 2018 – 2019, meer dan twee keer zo hoog als in 2020 – 2021. Volgens het model is het aandeel van veenoxidatie in de CO2 flux 13 – 19 % over deze periode; het hoogst in 2018 – 2019. De meeste veenoxidatie vindt plaats tijdens extreem droge en warme perioden. Met behulp van de CO2 emissie die gemeten is op kale plekken is ook een schatting gemaakt van het aandeel van de veenoxidatie. Deze is aan de hoge kant en bedraagt 60 tot 68 %, echter met een grote onzekerheidsmarge; de schatting van het model ligt ruim binnen deze marge. Een betere modelschatting is mogelijk maar vereist meer gegevens.

3

1. Inleiding. Bodemdaling en broeikasgasemissie door oxidatie van veen is een groot probleem in de Nederlandse veenweidegebieden. De waterstand in het veen verhogen is een oplossing die zowel de CO2-emissies als de bodemdaling kan reduceren. Bij hoge grondwaterstand kan echter de emissie van het veel sterkere broeikasgas CH4 (methaan, moerasgas) toenemen. Dit kan de vermindering van de CO2-emissie deels of geheel teniet doen (e.g. Petrescu et al., 2009). Bij het nemen van maatregelen moet verder rekening worden gehouden met de totale emissie van alle broeikasgassen: CO2, CH4, N2O (lachgas, afkomstig uit bemesting) van het bestaande landgebruik en van de te nemen maatregel (Schrier et al., 2014). Om te beoordelen of maatregelen tegen veenoxidatie werken, is het dus wenselijk de emissie van om deze broeikasgassen ook te meten, bij voorkuur zowel voor de ingreep (nulmeting) als na de ingreep. De Gemeente Amsterdam wil in de Burkmeer Polder bij Broek in Waterland een proef doen met de teelt van lisdodde, in combinatie met het sparen van water voor droogtebestrijding. Lisdodde (Typha sp.) is een plant die onder zeer natte omstandigheden groeit en waarvan bekend is dat deze teelt kan bijdragen aan toename van CH4 emissie (De Jong et al., 2021). Het is daarom nodig, deze CH4 emissie ook te meten. De proef moet in de zomer van 2021 starten.

Op dit moment is de polder nog een veenweide met een drooglegging van ongeveer 30 cm. Voor de start van de proef is het nodig om de nulsituatie van de emissies te meten, om na te gaan hoeveel de netto broeikasgasemissie door deze maatregel verandert. De Burkmeer polder biedt daarvoor een unieke kans: dergelijke nulmetingen zijn nog nergens voor het begin van lisdoddeteelt gedaan. De metingen zijn uitgevoerd in de periode mei-juni 2021, onder verschillende weersomstandigheden door Kytalak Carbon Cycle Research VOF. Hierbij is op een groot aantal meetpunten op verschillende data de Figuur 1: Ligging van de Burkmeer Polder (zie pijl en CO2 en CH4 emissie uit de bodem gemeten. blauwe rechthoek)

4

2. Beschrijving van de Burkmeer polder. De Burkmeer polder ligt in Noord-Holland ten zuiden van Broek in Waterland (Fig. 1). Het is een kleine droogmakerij, die grenst aan de Volgermeerpolder. De randen van de komvormige polder (de voormalige oevers van het Burkmeer) hellen naar het vlakke midden, waar de drainagesloten liggen (Fig. 2). De bodem van de polder bestaat uit kleiig veen, verslagen veen en organische meerafzettingen.

Figuur 2: Google Earth opname van de Burkmeer polder met de ligging van de onderzochte percelen. Het diepste gedeelte van de polder wordt gemarkeerd door de sloten tussen de percelen. ©2021 Copernicus, map data ©2021 Google Het diepste deel van de polder ligt op± 4.30 m onder NAP, de omgeving op ± 2.0 m onder NAP. Het slootwaterpeil ligt op 30 cm onder maaiveld. De veenlaag (Formatie van Nieuwkoop, Hollandveen) in het diepste deel van de polder is ± 1.75 m dik, op een dunne tussenliggende kleilaag na. Onder het veen ligt een pakket mariene klei (Formatie van Naardwijk, Wormer laagpakket). De polder wordt op dit moment vooral gebruikt als hooiland en paardenweide, en heeft daarnaast weidevogelbeheer. De grasmat is vanuit agrarisch oogpunt niet van hoge kwaliteit. De begroeiing heeft op de meeste percelen een zeer onregelmatig patroon. Naast plekken waar het gras een normale hoogte bereikt, zijn er veel plekken waart de vegetatie lager blijft en wordt gedomineerd door Geknikte Vossenstaart (Alopecurus geniculatus). Daarnaast zijn er ook veel plekken waar het gras heel laag bleef tijdens de meetperiode. Hier groeien ook kruiden als Reukloze Kamille (Matricaria maritima) en Moerasdroogbloem (Gnaphalium uliginosum). Tenslotte komen ook veel kale plekken tussen deze lage vegetatie voor. Ondiepe greppels en poelen komen ook veel voor.

De poelen en greppels hebben in regenperiodes een laagje water, maar na een droge periode zijn ze kaal, met een bodem met krimpscheuren en droge algenkorsten. Soms is daar ook een witte uitslag op te zien, mogelijk uitbloeiing van zout. 5

3. Principes van het meten van broeikasgassen uit de bodem. 3.1. CO2. Het meten van broeikasgasemissies uit de bodem is niet eenvoudig, en van de gemeten emissies is de emissie door oxidatie van veen slechts een deel. De meest gebruikte, en relatief eenvoudige methode, werkt met een kamer die op de bodem geplaatst wordt, en waarin de gasconcentratie gedurende enige tijd gemeten wordt. Bij emissie uit de bodem zal de gasconcentratie in de kamer toenemen met de tijd, bij opname van gas in bodem of planten (bij CO2 door fotosynthese) neemt de concentratie af. Kamers geven informatie over het relatief kleine oppervlak onder de kamers, en gedurende het tijdsduur vande meting, hooguit enkele minuten. De CO2-emissie metingen meten altijd de emissie uit de bodem en het bijbehorende ecosysteem van vegetatie en bodemleven. Die variëert gedurende de dag. Gedurende de hele dag ademen planten en het bodemleven CO2 uit: de ecosysteemrespiratie (Reco hierna). Bij voldoende daglicht en niet te lage temperatuur wordt CO2 opgenomen door planten (fotosynthese). Als de opname van CO2 door fotosynthese groter is dan Reco, dan wordt er netto CO2 door het ecosysteem opgenomen. Wanneer de fotosynthese laag blijf (te weinig licht, te lage temperatuur, vooral in de winter) dan wordt er netto CO2 uitgestoten. Deze netto-uitstoot of opname is de Net Ecosystem Exchange, afgekort NEE (Dolman, 2019).

Volgens de wetenschappelijke conventie in klimaatonderzoek ikrijgt emissie uit het ecosysteem naar de atmosfeer NEE een positief teken (toevoeging CO2 aan de atmosfeer), bij netto-opname uit de atmosfeer naar het ecosysteem een negatief teken. De CO2 opname door fotosynthese is nogal variabel over de dag; bij lage zonnestand in de vroege ochtend en avond is er te weinig licht, en ook bewolking kan de fotosynthese remmen. De Reco bestaat uit de volgende componenten: 1. CO2 uit planten: wortels en bovengrondse delen (autotrofe respiratie) 2. CO2 uit snelle afbraak van verse organische stof in de bodem door het bodemleven (van bacteriën en schimmels tot regenwormen): recente afvalproducten van planten zoals afgestorven plantendelen en uitscheidingsproducten van wortels, dode bodemorganismen 3. CO2 uit snelle afbraak van dierlijke mestgift 4. CO2 uit trage afbraak van moeilijk verteerbare restanten zoals humus 5. CO2 uit afbraak van fossiele organische stof: de afbraak van veen; dit verloopt in het algemeen ook trager dan dat van verse organische stof. De CO2-bronnen 2 tot en met 5 vormen gezamenlijk de heterotrofe respiratie. Deze is zeer sterk afhankelijk van de bodemtemperatuur en neemt nagenoeg exponentiëel toe met temperatuur. Een tweede factor is de beschikbaarheid van zuurstof en (als zuurstof niet beschikbaar is) andere oxidanten (nitraat, ijzeroxiden, sulfaat).

Bij een met water verzadigde bodem is de indringing van zuurstof in de bodem nagenoeg afwezig. Tenslotte kan ook vochttekort de afbraak remmen. Het zal duidelijk zijn, dat de afbraak van veen slechts een deel van de gemeten CO2 emissie is. Verder is – door de variatie van de fotosynthese – de Reco de beste benadering. Er zijn verschillende mogelijkheden om het aandeel van de afbraak van veen uit Reco te bepalen, maar alle hebben nadelen. Het verwijderen van wortels en planten heeft bjvoorbeeld een sterk verstorend effect op het bodemsysteem, en experimenten met labelling met isotopen van koolstof zijn duur en omslachtig. Een andere mogelijkheid is het werken met een model van de bodemprocessen, zoals Peatland-VU model (Van Huissteden et al., 2006). Hiermee kan het aandeel van de afbraak van veen benaderd worden, als er gegevens beschikbaar zijn over de grondwaterstand en over de afbraaksnelheid van veen. De ervaring hieruit leert dat de afbraak van het veen het sterkst is in perioden met lage grondwaterstand en hoge temperatuur. 6

De metingen van Reco kunnen het best in de nacht uitgevoerd worden behulp van automatisch bediende kamers en een gasanalyzer. De intallatie daarvan vereist echter netstroom of autonome energievoorziening met zonnepanelen en/of windmolen. Een benadering kan echter bereikt worden door overdag te meten met lichtdichte kamers, waarmee de fotosynthese component onderdrukt wordt. Het voordeel hiervan is dat hiermee met een door een accu aangedreven mobiel systeem een groot aantal metingen op verschillende lokaties gedaan kan worden, waardoor een ruimtelijk beeld ontstaat. 3.2. CH4. CH4 wordt gevormd in met water verzadigde bodems door methaanvormede bacteriën. Boven de grondwaterspiegel wordt CH4 doorgaans deels of geheel geoxideerd in de bodem door methanotrofe bacteriën, deze oxidatie kan zo sterk zijn dat ook een klein beetje CH4 uit de lucht wordt opgenomen. CH4 wordt door moerasplanten (bijvoorbeeld lisdodde) wordt via holle stengels naar de atmosfeer getransporteerd, waarbij de plant een actieve rol speelt. Omdat dit vaak gedreven wordt door via fotosynthese verkregen energie, kan dit een zwak dag-nacht ritme vertonen (Berg et al., 2020). CH4 emissie treedt in het veenweide over het algemeen alleen op bij de hoogste grondwaterstand.

In het veenweidegebied treedt naar ervaring zelden CH4 emissie uit de bodem op, alleen langs slootranden waar grondwaterstanden van minder 20 cm onder het oppervlak optreden. 3.3. Ruimtelijke variatie grondwaterstand in een veenweideperceel. Hierboven is al aangegeven dat de grondwaterstand een belangrijk gegeven is voor de afbraak van veen. Die varieert sterk binnen percelen in het veenweidegebied (Fig. 3). In de winter is door de neerslag en de geringe verdamping de grondwaterstand over het hele perceel hoog, het hoogst in het midden, en stoomt water ondergronds naar de sloten. In de zomer neemt de verdamping sterk toe. Daardoor zakt de grondwaterstand in het veen. Veen is over het algemeen slecht doorlatend voor water, waardoor het water niet makkelijk ondergronds naar het midden van het perceel stroomt. Hierdoor kan in droge perioden in de zomer de grondwaterstand diep wegzakken; tijdens droge perioden in 2018-2020 waren grondwaterstanden tot een meter beneden maaiveld in het midden van veenweidepercelen niet ongewoon.

Figuur 3: Winter- en zomer grondwaterstanden in een verticaal dwarsprofiel loodrecht op de sloten in een veenweideperceel.

7

4. Methoden. 4.1. Apparatuur. Om de CO2 Reco en CH4 emissie te meten is gewerkt met handmatig uitgevoerde metingen met een ronde kamer (doorsnede 23 cm, hoogte 37 cm). Deze wordt in de grond gedrukt. Tijdens de metingen wordt de kamer geblindeerd met een zwarte doek zodat de fotosynthese stopt, en Reco zo goed mogelijk benaderd wordt. Verder wordt het gras kort geknipt voor de meting om het aandeel van de respiratie van de bovengronde delen van de plant zoveel mogelijk te reduceren zodat vooral uit de bodem afkomstig CO2 gemeten wordt.

Figuur 4: Schematische weergave van de meetopstelling voor CO2 / CH4 emissie. De kamer is gekoppeld aan een LGR Microportable 918 series greenhouse gas analyzer van ABB Measurement & Analytics, Quebec, Canada. Deze meet simultaan CO2, CH4 en waterdamp, gebruik makend van het absorptiespectrum van deze gassen. De meetfrequentie is 1 meting per seconde, met een precisie van 0.4 ppm voor CO2 en 1 ppb voor CH4. De gasanalyzer moet tijdens de meting tegen fel zonlicht besachgermd worden.

Figuur 5: De meetopstelling in het veld. Links de kamer met blindering. 8

Tijdens de meting wordt tevens de luchtdruk gemeten, en de temperatuur aan het bodemoppervlak. Ook wordt de luchttemperatuur in de kamer gemeten voor temperatuurscorrectie van de gasconcentraties. De gasanalyses, temperaturen en luchtdruk worden opgeslagen in een dataloger annex veldcomputer (Raspberry Pi). De meting duurt 150 seconden. De meetopzet is weergegeven in Fig. 4 en 5. De hele meetopstelling wordt van stroom voorzien met een 65Ah uur accu, voldoende voor ca 60 metingen, en is verrijdbaar. Naast de gasfluxmetingen wordt op dezelfde lokatie ook de waterverzadiging van de bodem en electrische geleidbaarheid gemeten met een Fieldscout TDR 150 (Spectrum Technologies Inc), en de temperatuur op 10 cm diepte met een GTH 175/Pt 1000 (Greisinger) insteekthermometer. D TDR was ingesteld op kleirijk bodemmateriaal. De fluxen worden naderhand met een Matlab® script uitgerekend uit de gemeten gasconcentraties. De concentraties moeten voor Reco metingen nagenoeg lineair oplopen; of dit inderdaad het geval is kan al in het veld gecontroleerd worden met de uitvoer van de gasanalyzer. Bij het berekenen van de fluxen wordt voor iedere meting nog een keer de gasconcentratie tegen de tijd geplot om te controleren op onregelmatigheden. De gasconcentraties worden met luchtdruk en temperatuur omgerekend van ppm in Figuur 6: Gemeten transecten en grids op de verschillende datums mg/m3.

De fluxen worden berekend met lineaire regressie. De helling van de regressielijn is de toename van de gasconcentratie per tijdseenheid. Delen door het grondoppervlak van de kamer geeft de gasflux. De fluxen worden weergegeven in mg CO2 of CH4 per m2 per uur (mg m-2 hr-1). 4.2. Meetstrategie. Er is op de volgende data gemeten: 3 mei, 29 mei, 2 juni en 11 juni 2021 (Fig. 6): • De metingen van 2 mei vonden plaats op perceel 1 in Fig. 2, en zijn op een regelmatig grid van 5 m onderlinge afstand uitgevoerd. • De metingen van 29 mei zijn transectmetingen op de percelen bij 2 in Fig. 2. Dit zijn metingen langs transecten ongeveer in het midden van de percelen; een klein deel van het gearceerde gebied kon niet gemeten worden om verstoring van weidevogels te voorkomen. 9

•

•

De metingen van 2 juni betreffen een gedeelte herhaling van de metingen van 2 mei en de twee noordoostelijke percelen bij 2 in Fig. 2. De metingen moesten eerder dan gepland gestaakt worden wegens een storing in de apparatuur. Op 11 juni is met transecten het gehele gearceerde gebied bij 2 in Fig. 2 gemeten.

Soms zijn ook buiten de transecten extra metingen gedaan, op punten waarvan de fluxen interessant kunnen zijn, bijvoorbeeld waar hoge methaanfluxen verwacht worden zoals in greppels en poelen. De metingen in de percelen bij 2 in Fig. 2 vertonen een grotere afwisseling van vegetatie dan bij 1. 4.3. Global Warming Potential CH4. Broeikasgassen hebben verschillende eigenschappen met een verschillend opwarmend effect op de atmosfeer. Dat wordt bepaald door de interactie van hun moleculen met infrarood-straling en door hun levensduur in de atmosfeer. Zo heeft een molecuul CH4 een veel sterker opwarmend effect dan CO2, maar is aan de andere kant de levensduur in de atmosfeer veel korter; het wordt in de atmosfeer geoxideerd naar CO2. Om het effect van verschillende broeikasgassen te vergelijken wordt gebruik gemaakt van het Global Warming Potential (GWP), een vermenigvuldigingsfactor waarmee andere broeikasgassen vergelieken kunnen worden met CO2. Het GWP is een tijdsafhankelijk getal, gerekend over korte tijdschaal (20 jaar, GWP20) is het hoger dan over langere tijdschalen (100 jaar, GWP100). CO2 heeft per definitie een GWP van 1. Het IPCC (2013) hanteert voor biogeen methaan een GWP20 van 84, en een GWP100 van 28.

Om het opwarmend effect van CH4 bij dat van CO2 op te kunnen tellen, moeten we de hoeveelheid CH4 met 84 moeten vermenigvuldigen, als we het klimaateffect over een tijdspanne van 20 jaar willen weten. Het resultaat wordt uitgedrukt in CO2-equivalenten. Gezien de korte tijdsduur die ons nog rest om de klimaatdoelen van het Verdrag van Parijs te halen is het GWP20 meer op zijn plaatrs dan het GWP100. In dit verslag wordt daarom GWP20 gehanteerd voor CH4. 4.4. Modellering. Zoals aangegeven in paragraaf 3.1, zijn de metingen momentopnamen en bevatten een mix van CO2 uit verschillende bronnen: afbraak van veen, en daarnaast mest, respiratie van planten en afbraak van de recent geproduceerde afvalproducten van planten. Met behulp van een bodem-koolstofmodel kan een inschatting gemaakt worden van de hoeveelheid CO2 die daadwerkelijk uit oxidatie van veen afkomstig is, en kan de totale jaarlijkse emissie geschat worden. Hiervoor is het aan de Vrije Universiteit ontwikkelde model Peatland-VU gebruikt (Van Huissteden et al., 2006, 2009; Petrescu et al., 2009; Budischev et al., 2014). Het model simuleert de dagelijkse CO2 en CH4 emissie, en de opname van CO2 door planten bij fotosynthese. Het model gebruikt als invoer bodemgegevens en generieke weerstationsgegevens: temperatuur, neerslag, verdamping en zonnestraling.

Het model bestaat uit de volgende modules: • Een vegetatie-productiemodel, met keuze uit drie modellen voor plantengroei: een eenvoudig model gebaseerd op de temperatuur van de bovenste bodemlaag, en twee modellen die de plantengroei inclusief CO2 opname door fotosynthese uitrekenen, aan de hand van luchttemperatuur en fotosynthetisch actieve zonnestraling. • De door de vegetatie geproduceerde organische stof wordt verdeeld tussen bovengrondse biomassa en ondergrondse biomassa, en afvalproducten (afvalproducten wortels, bladafval). In het model is ook bemesting, oogst en begrazing opgenomen. • Een eenvoudige module voor het berekenen van de grondwaterstand uit neerslag, verdamping en ondergrondse en oppervlaktestroming; desgewenst kunnen ook gemeten grondwaterstanden ingevoerd worden. 10

Een decompositiemodel voor aerobe afbraak (met zuurstof) van veen en andere typen organische stof zoals mest en plantenafval; dit kan per diepteniveau afzonderlijk uitgerekend worden. • Een module voor de vorming van CH4 onder de grondwaterspiegel en het transport daarvan naar de oppervlakte via bellen, diffusie en planten. Door het model te ijken op de meetgegevens kan over de laatste paar jaar een schatting gemaakt worden van de jaarlijkse koolstofemissie en de mate waarin dit bestaat uit CO2 afkomstig van oxidatie van veen. Ook kan nagegegaan worden onder welke omstandigheden de oxidatie van het sterkst is. Het Peatland-model heeft een groot aantal parameters die zowel de bodem als de vegetatie beschrijven. Veel parameters zijn lokatie-afhankelijk, zoals de bodemsamenstelling. Daarom is het onvermijdelijk aannames te maken omtrent deze parameters, en de juiste waarde voor de betreffende lokatie te bepalen door ijking van het model op de waarnemingen. Voor ijking is gebruik gemaakt van een ‘monte-carlo’ methode, waarbij een groot aantal modelsimulaties gedaan wordt (in dit geval 5000), met steeds iets gewijzigde parameterwaarden voor de te ijken parameters. De parameterwaarden worden bepaald door een toevalsgetal te trekken uit het bereik waartussen deze parameterwaarden normaal liggen.

Op deze manier kan de waarde van de parameter geschat worden, de bijbehorende modeluitkomsten die het best overeenkomen met de waarnemingen gevonden worden, en inzicht verkregen worden over het effect van onzekerheid in de parameters op de modeluitkomsten (Van Huissteden et al., 2009). Voor het model zijn dagelijks gemiddelde weergegevens van het KNMI weerstation Schiphol als invoer gebruikt. Bodemanalyses van het veen in de Burkmeerpolder waren niet beschikbaar; daarom is gebruik gemaakt van analyses en beschrijvingen van de bodem op een NOBVonderzoekslocatie te Assendelft. Hiervoor waren ook gegevens beschikbaar van afbraaksnelheden van het veen. Het model heeft een aantal jaren weergegevens nodig voor spin-up om de verschillende koolstofreservoirs in de bodem in evenwicht te brengen. Daarvoor zijn weergegevens vanaf 1-1-2000 gebruikt. Voor het vegetatieproductiemodel is een voor lage vegetaties geschikt fotosynthese-model gebruikt (Mi et al., 2014). Een voldoende lange reeks van ondiepe grondwaterstanden voor de Burkmeer-polder is niet beschikbaar. Daarom is de grondwatermodule van het Peatland-model zelf gebruikt. De berekende grondwaterstanden zijn vergeleken met gemeten waarden in Assendelft, en blijken wat dieptevariatie betreft goed overeen te komen. •

11

5. Resultaten. 5.1. Grasland metingen. In Tabel 1 en Fig. 7 zijn de gemiddelde meetresultaten weergegeven voor alle metingen in grasland; metingen in greppels en poelen worden apart besproken. De CO2 fluxen (Reco) variëren sterk per dag. De fluxen op de dag met de hoogste flux (2 juni) zijn 3.5 x hoger dan op de dag met de laagste flux, 4 dagen ervoor. Op de mogelijke oorzaken wordt in het volgende hoofdstuk ingegaan. De gemiddelde CO2 flux is 1526.6 ± 952.1 mg/m2/uur, ofwel 0.367 ± 0.228 ton /ha/dag. De methaanflux is zeer laag en verwaarloosbaar. In de metingen komen zowel licht negatieve als positieve fluxen voor; statistisch gezien verschillen de meeste gemeten fluxen niet significant van 0. Een enkele meting in de eerste drie meetdagen komt wat hoger uit. De gemiddelde CH4 flux is 0.37 ± 3.27 mg/m2/uur ofwel 0.00009 ± 0.00089 ton /ha/dag. Dit komt neer op een CO2 equivalent van 0.0074 ± 0.0751 ton/ha/jaar. Tabel 1: Gemiddelde (Gem) en standaardafwijking (Std) van CO2 flux, CH4 flux, bodemtemperatuur op 10 cm diepte, volumetrisch watergehalte en electrische geleidbaarheid (EC) voor iedere meetdag op alle grasland-meetpunten. N is het aantal meetpunten. Datum

N

CO2 CO2 mg/m2/uur ton/ha/dag Gem. Std Gem. 44 1449.7 466.4 0.348 31 837.0 487.9 0.201 32 2939.9 624.9 0.706 39 883.7 245.6 0.212

03/05/21 29/05/21 02/06/21 11/06/21 Alle dagen 146 1526.6

952.1

0.367

CH4 Temperatuur Watergehalte EC mg/m2/uur 10 cm oC Volume % mS/cm Std Gem. Std Gem. Std Gem. Std Gem. Std 0.112 0.33 2.07 9.4 0.5 55.0 5.0 0.40 0.25 0.117 0.64 2.66 13.3 1.4 57.0 3.7 0.41 0.20 0.150 0.45 1.58 15.9 1.3 54.0 3.8 0.37 0.21 0.059 0.05 0.12 16.9 1.4 44.6 11.9 0.41 0.35 0.228

0.37 3.72

13.9

2.3

52.7

13.8

0.40 0.52

De temperatuur op 10 cm diepte laat in de gehele meetperiode een geleidelijke opwarming zien, normaal voor het voorjaar en vroege zomer. Het volumetrisch watergehalte neemt vooral voor de laatste dag af. De hoge waarden voor de eerste drie dagen zitten tegen het hoogste meetbereik van de TDR aan. De electrische geleidbaarheid varieert weinig. De gemeten waarden vallen binnen de waarden van niet-saliene bodems.

Figuur 7: Gemiddelden van CO2 fluxen, bodemtemperatuur en watergehalten van het grasland op de meetdagen. De standaarddeviatie is aangegeven met verticale zwarte lijnen. 5.2. Greppels en poelen.

12

De metingen in greppels en poelen zijn genomen op plaatsen waar een dunne laag water stond, of op kale drooggevallen modderige bodems. Die zijn lastig te meten. Blinderen van de kamer lukt doorgaans niet goed als het erg nat is. Plaatsen van de kamer in slappe modder verstoort de bodem waardoor tijdens de meting kunstmatige hoge fluxen ontstaan door gasbellen die opstijgen. Een aantal metingen moest daarom verworpen worden bij de kwaliteitscontrole achteraf. De CO2 metingen zonder blindering (3 mei, 29 mei, 2 juni) laten geringe positieve fluxen zien of negatieve fluxen, door CO2 opname, waarschijnlijk door algen. Op 11 juni was de bodem op de meetpunten droger, en vaak gescheurd door uitdoging (Fig. 5), en kon met een geblindeerde kamer gemeten worden. De fluxen benaderen dan die van het grasland op dezelfde datum. Op 3 en 29 mei zijn ook de CH4 fluxen opvallend laag, tot zelfs gemiddeld negatief. De metingen vonden toen plaats in ondiepe greppels en een poeltje met een waterlaag van enkele centimeters boven de bodem. Dit verandert op 2 en 11 juni; op 2 juni zijn de gemeten fluxen – op geheel waterverzadigde greppelbodems – zeer hoog. Op 11 juli, met dieper uitgedroogde bodem zijn de fluxen weer afgenomen. De gemiddelde CO2 flux is 208.4 ± 383.5 mg/m2/uur, ofwel 0.050 ± 0.092 ton /ha/dag.

De CH4 flux bedraagt gemiddeld 9.15 ± 55.87 mg/m2/uur, ofwel 0.0022 ± 0.0134 ton /ha/dag. In CO2equivalenten is dit 0.1845 ± 1.1263 ton /ha/dag (GWP20). De bodemtemperatuur op 10 cm diepte ligt op deze meetlokaties duidelijk een graad hoger dan op de graslandlocaties. Ook het watergehalte is wat hoger. De electrische geleidbaarheid is veel hoger: op 29 mei en 11 juli zelfs in het bereik van licht brakke bodems. Tabel 2: Gemiddelde (Gem) en standaardafwijking van CO2 flux, CH4 flux, bodemtemperatuur op 10 cm diepte, volumetrisch watergehalte en electrische geleidbaarheid (EC) voor iedere meetdag op meetpunten in poelen en greppels. N is het aantal meetpunten. De CO2 metingen op 03/05, 29/05 en 2/6 zijn met een niet verduisterde kamer gedaan. CO2 CH4 Temperatuur Watergehalte EC N mg/m2/uur mg/m2/uur 10 cm oC Volume % mS/cm Gem. Std. Gem. Std. Gem. Std. Gem. Std. Gem. Std. 03/05/21 3 -16.9 25.4 -0.01 0.02 11.5 0.2 54.1 8.2 0.65 0.45 29/05/21 1 28.6 0.2 0.42 0.30 12.6 59.5 2.26 02/06/21 3 89.3 265.1 32.42 55.41 17.4 0.4 57.5 1.4 0.60 0.23 11/06/21 5 732.7 275.9 3.79 7.12 17.5 4.3 55.8 5.2 1.48 0.39 Alle dagen 12 208.4 383.5 9.15 55.87 14.8 4.3 56.71 9.82 1.25 0.64

Datum

5.3. Schatting gemiddelde flux in CO2-equivalenten. Het aandeel van greppels en poelen in het oppervlak van de gemeten percelen wordt geschat op 5%. Met een naar oppervlakte gewogen gemiddelde komt dan de totale emissie (Reco CO2 + CH4 emissie) uit op gemiddeld 0.367 ± 0.235 ton /ha/dag. De CH4 emissie van greppels en poelen heeft dus nauwelijks invloed op het totaal, ondanks het vrij grote oppervlak en de hogere CH4 emissie. Een kanttekening hierbij: Dit betreft de CO2 en CH4 emissie van het ecosysteem, de som van de respiratie van planten, de CO2 en CH4 die ontstaat door afbraak van recent door planten geproduceerde organische stof, en de afbraak van veen. De oxidatie van veen is een relatief klein deel hiervan, sterk afhankelijk van variaties in temperatuur en grondwaterstand (en daarmee ook van de weersomstandigheden). Met behulp van de verschillen tussen de vegetatietypen en de modellering in de volgende hoofdstukken is getracht een inschatting te maken van het aandeel veenoxidatie. 5.4. Onderlinge verschillen tussen vegetatietypen binnen de graslandvegetaties.

13

In de loop van de meetperiode traden in de percelen steeds grotere verschillen op in de groei van de graslandvegetatie. Deze verschillen leiden ook tot sterke variatie in de Reco. Tabel 3 geeft deze verschillen aan voor de metingen van 11 juni. Zoals in hoofdstuk 2 aangegeven, kan er een onderscheid gemaakt worden in een zeer lage grasvegetatie met kruiden (Kamille, Droogbloem) en vaak voorkomende kale plekken, middelhoog gras gedomineerd door Geknikte Vossestaart, en hoge grasvegetatie met verschillende grassen. Met een variantie analyse en een Tukey-Kramer multicomparison test is nagegaan in hoeverre deze verschillen significant zijn. De variantie-analyse geeft significante verschillen (P<0.1) aan voor CO2 (p = 0.043) en bodemtemperatuur (p << 0.001); de verschillen voor de overige variabelen zijn niet significant. De multicomparison test geeft aan dat de CO2 fluxen van kale plekken significant verschillen (p<01) met die van middelhoog en hoog gras. Er is geen significant verschil tussen kale plekken en laag gras; de kale plekken komen ook bijna alleen in het lage gras voor. Voor de bodemtemperatuur zijn de contrasten groter. Het verschil tussen kaal en laag gras is net niet significant (p = 0.11), voor de verschillen tussen kaal en middelhoog en hoog gras is p << 0.001.

Dit geeft duidelijk aan dat de hoogte van de grasvegetatie een duidelijke verkoelende invloed heeft op de bodemtemperatuur, wat overeenkomt met de fysica van warmteuitwisseling tussen bodem en atmosfeer aan het aardoppervlak (Bonan, 2002). Bij kale bodems neemt de bodemtemperatuur toe. Tabel 3: Gemiddelde CO2 emissie, CH4 emissie, bodemtemperatuur op 10 cm, watergehalte en electrische geleidbaarheid (EC) van de verschillende vegetatietypen, in de metingen van 11 juni. CO2 Temperatuur Watergehalte mg/m2/uur CH4 mg/m2/uur 10 cm oC Volume % EC mS/cm gem std gem std gem std gem std gem std kaal 658.2 245.3 0.04 0.16 18.1 1.2 41.9 10.3 0.43 0.46 laag 771.7 143.8 -0.05 0.12 17.5 1.8 44.2 8.7 0.33 0.18 middelhoog 958.1 249.2 0.05 0.05 17.5 0.4 41.7 10.7 0.36 0.29 hoog 937.1 220.2 0.06 0.14 15.6 0.7 48.2 12.9 0.44 0.31 groep

5.5. Modelresultaten. Voor het fotosynthese-model zijn de volgende parameters in de ijking meegenomen: • plantenrespiratie bij 0o C; • temperatuurgevoeligheid van de plantenrespiratie; • fotosynhesesnelheid per eenheid bladoppervlak bij verzadiging met licht; • beginhelling van de curve die de relatie tussen fotosynthesesnelheid en lichthoeveelheid bepaalt; • een parameter die bepaalt in hoeverre waterverzadiging in de bodem de afbraaksnelheid van organische stof remt. De modeluitkomsten zijn het gevoeligst voor de parameters van de fotosynthese-snelheid en de remming van de afbraak door waterverzadiging. Figuur 8 geeft de gemodelleerde waterstanden weer voor het midden van een perceel. De resultaten van de grondwatermodule zijn vergeleken met een gemeten meetreeks voor een veenbodem met hetzelfde slootpeil en nagenoeg dezelfde bodemopbouw in Assendelft. Het bereik waarbinnen de gemodelleerde grondwaterstand zich beweegt komt goed overeen met de waarnemingen. Er zijn wel kleinere afwijkingen; het grondwatermodel van Peatland laat de grondwaterstand bij regen na een droge periode iets sneller stijgen dan in de waarnemingen gebeurt. Tijdens de winter staat het waterniveau dicht aan het oppervlak, in droge perioden kan het water zeer diep uitzakken: tot 0.8 m diepte, en soms dieper zoals in de droge zomer van 2018.

Deze lage grondwaterstanden zijn in Assendelft ook werkelijk waargenomen in droge perioden. De oorzaak is de zeer geringe

14

doorlaatbaarheid van het veen voor waterstroming, waardoor de verdamping in de zomer niet gecompenseerd wordt door ondergronds toestromen van water uit de sloten.

0

cm -maaiveld

-0.2

-0.4

-0.6

-0.8 6800

7000

7200

7400

7600

7800

dag sinds 1-1-2000 Figuur 8: Modelgrondwaterstanden voor het midden van een perceel gesimuleerd met de watermodule van Peatland. Fig. 9 geeft de modelresultaten weer vanaf 1 juli 2018 tot 1 juli 2021 voor de ecosysteemrespiratie Reco. De grijze lijnen vertegenwoordigen de vijf beste modelsimulaties, de zwarte lijn het gemiddelde hiervan. De rode sterren aan de rechterzijde van de grafiek geven de gemiddelde waarnemingen van de CO2 flux, de verticale groene lijnen geven de standaarddeviatie van dit gemiddelde. Het model simuleert de lagere waarden van de observaties wat beter dan de hogere waarden, hoewel bij beide dagen met hogere waarden wel pieken te zien zijn. Vooral in de zomers geeft het model een aantal zeer hoge emissiepieken. De variatie tussen de modelsimulaties is het grootst in deze pieken. De emissiepieken komen overeen met perioden met de laagste grondwaterstand en hoge temperatuur. In het model is aangenomen dat er 1 hooioogst per jaar is op 1 juli van ieder jaar. Dit is te zien als een dip in de ecosysteemrespiratie in het midden van de zomer. In de winter is de gemodelleerde ecosysteemrespiratie zeer laag. Dit komt overeen met elders gemeten waarden.

De huidige versie van het model kan echter geen anaerobe afbraak simuleren, anders dan CH4; sulfaatreductie en reductie van metaaloxiden ontbreekt nog in het model, dus zijn de gemodelleerde interfluxen mogelijk iets te laag. De gemodelleerde hoeveelheid CO2 afkomstig uit oxidatie van veen is weergegeven in Fig. 10. Oxidatie van veen vindt volgens het model in de winter niet plaats. Bij het dalen van de waterstand in de zomer wordt wel veen geoxideerd. In droge en warme periodes bij zeer lage grondwaterstand 15

neemt dan de veenoxidatie sterk toe in het model. De meeste veenoxidatie vindt plaats bij extreme weersomstandigheden: langdurig droog en warm, met lage grondwaterstand. Overigens zijn de zomerse emissiepieken niet alleen toe te schrijven aan de oxidatie van veen; de emissie van de overige organische stof neemt ook sterk toe door de hogere temperaturen in de bodem.

2018

2019

2020

2021

2

CO mg.m .h

-2 -1

20000

15000

10000

5000

0

6800

7000

7200

7400

7600

7800

dagen sinds 1-1-2000 Figuur 9: Peatland modelsimulaties van 1-7-2018 tot 1-7-2021 voor Reco. De grijze lijnen vertegenwoordigen de beste 5 modelsimulaties uit de modelcalibratie, de zwarte lijn het gemiddelde daarvan. De rode sterren aan de rechterzijde vertegenwoordigen de observaties voor grasland; de verticale groene lijden geven de standaarddeviatie van de observaties. Tabel 4: Gemodelleerde totale CO2-emissies in ton/ha/jaar voor de jaren 2018-2019, 2019-2020 en 2020-2021 (gerekend van 1-7 tot 1-7), en het aandeel CO2 uit veenoxidatie. jaar 2020 – 2021 2019 – 2020 2018 – 2019

Reco CO2 110.146 115.348 159.759

CO2 uit veenoxidatie 8.487 8.430 18.149

% veen CO2 op Reco CO2 13.63 13.06 19.30

In Tabel 4 is het totaal van de CO2-emissie uit de ecosysteemrespiratie en uit veen weergegeven. Het zeer droge jaar 2018 heeft de hoogste emissie: meer dan het dubbele van de minder droge jaren daarna. Het aandeel van de veenoxidatie daarin is ook bijna anderhalf keer zo hoog als in de jaren daarna. Uit deze cijfers blijkt ook dat de omzetting van recent geproduceerde organische stof hoger wordt in perioden met extreem warm weer.

16

De gemodelleerde methaan-emissies zijn niet verder vergeleken met de meetresultaten. De gemodelleerde gemiddelde CH4 flux over 2018-2021 inclusief de winterfluxen, is 0.06 mg m-1 uur-1 en verschilt statistisch niet significant van 0. Om de methaanmodule van het model te calibreren zijn ook meetgegevens uit de winter nodig, en bovendien zit er zowel in de metingen als in de modelresultaten bij dergelijke lage fluxen teveel onzekerheid voor calibratie.

20000 R eco CO2 CO2uit veen

10000

2

CO mg.m .h

- 2 -1

15000

5000

0 6600

6800

7000

7200

7400

7600

dagen sinds 1-1-2000

7800

8000

Figuur 10: Gemodelleerd ecosysteemrespiratie CO2 (zwarte lijn uit Fig. 9) en de CO2 afkomstig uit afbraak van veen.

17

6. Interpretatie en discussie. 6.1. Veldmetingen. De gemiddelde waarden van de metingen op de verschillende dagen liggen binnen de normale bandbreedte van CO2 fluxmetingen in het voorjaar op andere veenweide-lokaties, bijvoorbeeld in vergelijking met continue metingen met automatische kamers in Assendelft in het IPV project, een lokatie met vergelijkbare bodem. Ook de sterke variatie tussen de gemeten CO2 fluxen op de verschillende dagen is niet ongewoon. De metingen zijn echter wel een momentopname, de fluxen kunnen in het najaar en de winter flink lager liggen. Ze kunnen daarme niet gebruikt worden voor inschatting van een jaarbalans zonder modellering. Wat ongebruikelijk is, is de sterke afname van de CO2 flux tussen 2 en 6 juni, in een periode met relatief hoge temperaturen. Er zou eerder een toename van de flux verwacht kunnen worden gezien de stijging van de bodemtemperatuur in die periode (Tabel 1).

Figuur 11: Gemiddelde dagtemperatuur en neerslagoverschot/tekort van weerstation Schiphol van 1 april 2021 tot 31 juli 2021, met de gemiddelde grasland CO2 fluxen (groene staven; zwarte lijnen op de groene staven geven de standaarddeviatie aan). Dit kan niet liggen aan het aandeel van de verschillende vegetatietypen in de metingen; op 2 juni was het aandeel middelhoog – hoog gras 67%, op 11 juni 75%. Bij een groter aandeel van middelhoog – hoog gras zou op 11 juni juist een hogere flux verwacht worden. Bovendien was ook de flux van de kale plekken en lage vegetatie ook hoger op 2 juni. Ook was er in de tussenliggende periode niet gehooid. Tabel 5: Berekening van het percentage plantenrespiratie en snelle omzetting wortelexudaten uit het verschil tussen metingen op kale plekken en begroeide meetpunten. Temperatuur correctie voor hogere bodemtemtemperatuur: Q10 relatie met een Q10 van 2.5. Onz.: statistische onzekerheid van de percentages (standaardafwijking). CO2 kaal Datum CO2 kaal Temperatuur corr. factor gecorrigeerd Gem Std Gem Std 29 mei 742.4 218.1 0.8 630.8 2 juni 2231.3 600.5 0.8 1813.3 11 juni 658.2 245.3 0.9 563.6

18

Verschil % CO2 vegetatiemidden+hoog - kaal gerelateerd Gem Std % Std 185.3 297.4 617.5 32.0 144.2 488.0 1164.7 720.3 39.1 44.1 210.0 382.2 310.3 40.4 57.0

Een andere mogelijke verklaring is droogte. Bacteriële processen in de bodem worden ook geremd door laag vochtgehalte. In Fig.11 is te zien dat de metingen na een langere en vrij droge periode plaatsvonden. Bodem op kale plekken vertoonde op 11 juni vaak scheuren en was in de bovenste centimeters sterk uitgedroogd (Fig. 5); ook onder gras waren scheuren te zien. In de bodem wordt juist de meeste CO2 geproduceerd in de wortelzone in de bovenste centimeters, waar snelle omzetting plaats vindt van uitscheidings- en afvalproducten van de plantenwortels. Remming van die omzetting door droogte heeft deze CO2-productie mogelijk laten dalen. In de bodemvochtmetingen is ook een daling van het bodemvochtgehalte te zien in de bovenste 10 centimeters. Daar komt bij dat de bodem mogelijk verdicht is in de bovenste centimeters; een plant als Reukloze Kamille kan een indicatie zijn voor verdichte bodem (Weeda et al., 1985). Een andere optie is, dat door droogte en warmte ook de productie van vers geproduceerde organische stof geremd is. Met het model kon over deze processen geen uitsluitsel worden verkregen.

Het verschil tussen de Reco van de kale plekken in het grasland kan gebruikt worden om een schatting te maken van de bijdrage van recente afbraakproducten van de vegetatie en de wortelrespiratie aan de Reco van het begroeide grasland, ten opzichte van CO2 geproduceerd door afbraak van het veen. In principe zou op de kale plekken de geproduceerde CO2 grotendeels uit afbraak van het veen moeten ontstaan, de andere componenten worden verondersteld grotendeels afwezig te zijn. Wel is er sprake van een duidelijk verschil in de bodemtemperatuur (Tabel 3), waardoor de afbraaksnelheid van het veen onder de kale plekken hoger moet zijn. De vegetatiegerelateerde CO2-emissie kan dan berekend worden uit: CO2 plant-gerelateerd = Reco, begroeid – Reco, kaal Voor de bodemtemperatuurverschillen kan worden gecorrigeerd met de Q10 vergelijking, die de exponentiële relatie van microbiële activiteit met de temperatuur weergeeft (e.g. Meyer et al., 2018): ((T −T ref ) /10 )

RT =R ref x Q 10

De constante Q10 bepaalt de snelheid waarmee de afbraak toeneemt met het verschil in temperatuur tussen de temperatuur T en een referentie-temperatuur Tref. Voor metingen van Q10 zijn laboratorium-incubaties nodig, maar veel gevonden waarde liggen tussen 2 en 3 voor CO2 emissie van bodem-organische stof. Hieronder is 2.5 aangenomen. Door als Tref de temperatuur van de bodem onder de kale plekken te nemen, en voor T de bodemtemperatuur onder gras kan een correctiefactor voor de temperatuur berekend worden. In Tabel 5 is deze berekening uitgevoerd voor de laatste drie meetdagen, waarin een redelijk aantal metingen op kale plekken beschikbaar was. Allereerst is de CO2-emissie van de kale plekken voor het temperatuursverschil met midden / hoog gras gecorrigeerd, vervolgens is de gecorrigeerde CO2 uit kale plekken afgetrokken van de CO2 uit lokaties met hoog- en middelhoog gras. Uit deze berekening blijkt, dat zeker 32 – 40 % van de CO2-emissie onder middelhoog en hoog gras bestaat uit planten- en wortelrespiratie en afbraak van recent door planten geproduceerde organische stof: wortelexudaten, dode wortels en blad/stengelafval. Het aandeel van oxidatie van veen zou dan 60 – 68% bedragen.

De foutenmarge op deze percentages is echter hoog, door de grote standaardafwijking van het gemiddelde van de metingen, en de berekeningswijze, waarbij een klein verschil met een grote standaardafwijking ontstaat. De CH4 emissies zijn over het algemeen laag (Tabel 2), ook op met water verzadigde plaatsen in greppels en poelen. Het hoge gemiddelde van 2 juni wordt door slechts één van de drie metingen bepaald, de andere twee metingen van die dag liggen onder 0.5 mg/m2/uur. Op 11 juni zijn ze hoger, gemiddeld 3.8 mg/m2/uur, maar ook hier is weer sprake van één uitschieter. Aannemelijk is dat de bodem zoals in veel veengebieden in Noordholland licht brak is, met een hoger 19

sulfaatgehalte. Van sulfaat is bekend dat het methaanvorming remt, omdat methanogene bacteriën niet goed kunnen concurreren met sulfaat-reducerende bacteriën zolang er sulfaat aanwezig is. Sulfaatreductie is energetisch voordeliger dan methanogenese (e.g. Gauci et al., 2002). Dit zou mogelijk ook de CH4 emissie van de lisdodde-teelt kunnen verlagen. 6.2. Model. Voor de toepassing van het Peatland model is het eigenlijk wenselijk om over meer meetdagen te beschikken voor calibratie. Echter, door gebruik te maken van bestaande gegevens op een vergelijkbare lokatie, kon toch een redelijk goede calibratie van het model bereikt worden. De modelresultaten plaatsen de metingen – een momentopname – in een bredere context van de weersvariaties over de laatste jaren, en maakte het mogelijk om de jaarlijkse CO2 flux, inclusief winterfluxen, in te schatten. Het blijft echter een schatting met een flinke onzekerheidsmarge door gebrek aan wintermetingen voor de modelcalibratie. Ook heeft het model nog geen module voor het berekenen van anaerobe afbraak van organische stof behalve methaanvorming. Anaerobe oxidatie door sulfaatreductie of reductie van ijzer- en mangaanoxiden kan bij hoge grondwaterstanden in de winter in geringe bijdragen aan CO2 fluxen.

Deze anaerobe processen zijn – net als methaanvorming sterk temperatuurgevoelig – en daarom is net als de methaanfluxen bij de lage wintertemperaturen de bijdrage gering (§ 5.5). Er is alleen een modelsimulatie uitgevoerd voor het midden van de percelen waar de grondwaterstand het diepst uitzakt in droge perioden. De resultaten in Tabel 4 geven daarom een maximum aan voor de CO2 fluxen, maar ze ze zijn wel geldig voor een groot deel van de percelen. Zowel in de metingen in het Burkmeer als elders nemen CO2 fluxen in profielen loodrecht op sloten al binnen enkele meters afstand van de sloot sterk toe, tegelijk met daling van de grondwaterstand. De modelresultaten laten goed zien welke processen plaatsvinden in een veenweidegebied. Het is duidelijk dat warmte en droogte de omzetting van organische stof en productie van CO2 in de bodem sterk verhoogt. Dat betreft zowel vers geproduceerde organische stof als veen. Bij hogere grondwaterstanden zit de aerobe zone van de bodem in de bovenlaag waarin het veen al grotendeels verteerd is, en is de meeste CO2 afkomstig uit vers geproduceerde organische stof. Naarmate de grondwaterstand daalt in een droge periode, komt meer niet aangetast veen beschikbaar voor oxidatie. Dat is goed te zien in Fig. 10. Daar komt bij, dat afbraaksnelheid exponentiëel reageert op toename van de temperatuur.

De meeste veenafbraak vindt daarom plaats in droge en warme perioden waarin de grondwaterstand sterk daalt. De inschatting door het model van het aandeel van veenoxidatie in de Reco CO2 flux in Tabel 4 is beduidend lager (13 – 19%) dan de schatting gebaseerd op het verschil tussen metingen op kale plekken (60 – 68%). Zoals hierboven aangegeven zijn de foutenmarges op deze berekening zeer hoog. De modelschattingen vallen nog zeer ruim binnen deze foutenmarge. Het is goed mogelijk dat op de kale plekken toch nog veel dode of levende plantenwortels aanwezig zijn die CO2 produceren, waardoor deze schatting van veenafbraak te hoog uitvalt. Deze schatting moet daarom gezien worden als een maximumwaarde, het aandeel van veenoxidatie in de totale CO2-emissie zal eerder in de buurt van modelschatting liggen.

20

8. Conclusies en aanbevelingen. 1. De gemiddelde CO2-emissie van de graslandvegetatie in het diepste deel van de polder is 0.37 ± 0.23 ton /ha/dag over alle 4 meetdagen. Per meetdag varieert dit tussen 0.2 en 0.7 ton/ha/dag. Dit is typerend voor zomerfluxen. 2. Extrapolatie met het Peatland-VU model over het hele jaar (inclusief de lagere winterfluxen) voor de periode zomer 2018 – zomer 2021 geeft een jaarlijkse CO2 flux van 8.43 – 18.15 ton/ha/jaar (perceelsranden met lagere emissie langs sloten niet meegerekend). De flux was het sterkst in het door droge perioden gedomineerde jaar 2018 – 2019, meer dan twee keer zo hoog als in 2020 – 2021. 3. Het gemodelleerde aandeel van veenoxidatie in de CO2 flux bedraagt 13.1 – 19.3 % over deze periode; de CO2 flux uit veen was het hoogst in 2018 – 2019. Droge en warme perioden dragen het sterkst bij aan veenoxidatie. 4. Met behulp van de CO2-emissie die gemeten is op kale plekken is ook een schatting gemaakt van het aandeel van de veenoxidatie. Deze bedraagt 60 tot 68 %, met een grote onzekerheidsmarge. Omdat deze schatting de afbraak van verse organische stof waarschijnlijk onvoldoende scheidt van veenoxidatie, is deze te hoog en moet gezien worden als bovengrens; de modelschatting (3) is een betere benadering. 5.

De variatie binnen de vegetatie is groot vergeleken bij het gemiddelde agrarisch productieve land in het veeweidegebied: van kale plekken en semi-permanente poelen, via laag gras met kruiden tot middelhoge en hoge grasvegetaties. Deze variatie bepaalt ook de lokale variatie in de CO2 fluxen. De hogere vegetaties hebben hogere CO2 fluxen door een groter aandeel aan CO2 uit wortelrespiratie en snelle omzetting van recent geproduceerde afvalstoffen van de biomassa (wortelexudaten etc.). 6. De variatie in de tijd wordt bepaald door groei van de vegetatatie, variatie in de bodemtemperatuur en vochtgehalte / temperatuur van de bovenste centimeters, die biologisch het meest actief zijn. 7. De methaanfluxen zijn verwaarloosbaar klein. Alleen in greppels, poelen en slootkanten worden af en toe hoge emissies gemeten. Maar bij een geschat oppervlaktepercentage van poelen en greppels van 5% daagt de methaanemissie daarmee niet significant bij aan de totale broeikasgasemissie in CO2-equivalenten. Deze bedraagt 0.367 ± 0.235 ton /ha/dag. 8. Ook de winterfluxen van CH4 zijn vergelijkbaar laag ondanks de hogere grondwaterstand in de winter; methaanvorming is veel sterker temperatuursafhankelijk dan aerobe organische stof oxidatie. 9. De lage CH4-emissie wordt waarschijnlijk veroorzaakt door relatief hoge sulfaatconcentraties in het bodem- en oppervlaktewater in de polder.

Dit kan mogelijk ook de CH4-emissie van de lisdodde-teelt drukken. Het verdient aanbeveling het sulfaatgehalte in het bodem- en oppervlaktewater te onderzoeken, en resultaten van CH4-emissiemetingen van verschillende proefprojecten met lisdodde-teelt te vergelijken om hierover meer duidelijkeheid te verkrijgen. Binnen de onderzoeksprojecten NOBV (Nederlands Onderzoeksprogramma Broeikasgassen

21

Veenweide) en IPV (Innovatie Programma Veen) zijn al gegevens van CH4-emissiemetingen op tenminste drie lokaties beschikbaar.

22

Literatuur. Berg, M.V.D., Elzen, E., Ingwersen, J., Kosten, S., Lamers, L.P.M. and Streck, T., 2020. Contribution of plant-induced pressurized flow to CH4 emission from a Phragmites fen. Scientific Reports, 10, 1, (2020), article 12304 https://doi.org/10.1038/s41598-020-69034-7 Bonan, G. 2002. Ecological climatology. Concepts and applications. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 678 p. Budishchev, A., Mi, Y., Van Huissteden, J., Belelli-Marchesini, L., Schaepman-Strub, G., Parmentier, F. J. W., ... & Dolman, A. J. (2014). Evaluation of a plot-scale methane emission model using eddy covariance observations and footprint modelling. Biogeosciences, 11(17), 4651-4664. Dolman, H., 2019. Biogeochemical cycles and climate. Oxford University Press, USA. Gauci, V., Dise, N. and Fowler, D., 2002. Controls on suppression of methane flux from a peat bog subjected to simulated acid rain sulfate deposition. Global Biogeochemical Cycles, 16(1), pp.4-1. IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp. Meyer, N., Welp, G. and Amelung, W., 2018.

The temperature sensitivity (Q10) of soil respiration: Controlling factors and spatial prediction at regional scale based on environmental soil classes. Global Biogeochemical Cycles, 32(2), pp.306-323. Mi, Y., Van Huissteden, J., Parmentier, F. J. W., Gallagher, A., Budishchev, A., Berridge, C. T., & Dolman, A. J. (2014). Improving a plot-scale methane emission model and its performance at a northeastern Siberian tundra site. Biogeosciences, 11(14), 3985-3999. Petrescu, A. J., van Huissteden, J., de Vries, F., Bregman, E. P. H., & Scheper, A. (2009). Assessing CH4 and CO2 emissions from wetlands in the Drenthe province, The Netherlands: a modelling approach. Geologie en Mijnbouw, 88(2), 101-116. http://journals.cambridge.org/abstract_S0016774600000913 Schrier-Uijl, A.P., Kroon, P.S., Hendriks, D.M.D., Hensen, A., Van Huissteden, J., Berendse, F. and Veenendaal, E.M., 2014. Agricultural peatlands: towards a greenhouse gas sink–a synthesis of a Dutch landscape study. Biogeosciences, 11(16), pp.4559-4576. Van Huissteden, J., van den Bos, R. and Alvarez, I.M., 2006. Modelling the effect of water-table management on CO2 and CH4 fluxes from peat soils. Netherlands Journal of Geosciences, 85(1), pp.3-18. Van Huissteden, J., Petrescu, A. M. R., Hendriks, D. M. D., & Rebel, K. T. (2009).

Sensitivity analysis of a wetland methane emission model based on temperate and arctic wetland sites. Biogeosciences, 6(12), 3035-3051. Weeda, E.J., Westra, R., Westra, Ch., Westra, T. 1985: Nederlandse Ecologische Flora. KNNV Uitgeverij.

23