Probleemstelling¶
Klimaatverandering veroorzaakt langere perioden van droogte, afgewisseld met hevige regenval. Dit heeft een belangrijke impact op de landbouw en de negatieve effecten ervan werden reeds waargenomen in de landbouwsector in W-Europa tijdens de droge zomers van 2017, 2018, 2019, 2020 en 2022, en dit zal hoogstwaarschijnlijk zo blijven in de toekomst. Het Vlaams regeerakkoord 2019-2024 focust op proactieve maatregelen om de gevolgen van de klimaatverandering op te vangen. Het legt sterk de nadruk op het verhogen van onze weerbaarheid tegen droogte door de aanleg van extra natte natuur of herstel/sanering van drooggelegde wetlands om infiltratie en waterberging te bevorderen. Dit betekent dat landbouwers en beleidsmakers zich niet alleen moeten aanpassen aan een toename van het aantal droogtes, maar waarschijnlijk ook aan de gevolgen van overmatig bodemwater (te natte omstandigheden) in landbouwgebieden in de buurt van herstelde wetlands. Er is echter weinig informatie beschikbaar om de gevolgen van hoge grondwaterstanden voor de landbouw als gevolg van de uitvoering van de vernattingsmaatregelen in te schatten.
In deze studie hebben we een modelkader ontwikkeld om het effect van grondwaterstanden op de opbrengst van conventionele gewassen in Vlaanderen in te schatten. Het gezamenlijke model SWAP-WOFOST, achter het Nederlandse initiatief Waterwijzer Landbouw, werd gebruikt om op basis van historische gegevens de opbrengst en opbrengstvermindering als gevolg van droogte (te droog) en zuurstofstress (te nat) te simuleren voor vijf belangrijke gewassen in Vlaanderen: gras, voedermaïs, aardappel, wintertarwe en suikerbiet. Met dit model kunnen we ook het effect van beperkingen in normale landbouwpraktijken als gevolg van te natte of te koude omstandigheden opnemen, de zogenaamde indirecte effecten. Te natte omstandigheden in de wortelzone beginnen wanneer gewassen zuurstofstress gaan ervaren, dat wil zeggen wanneer de zuurstofbeschikbaarheid lager is dan de zuurstofbehoefte van plantenwortels.
Er werden vrij beschikbare (online of on-demand) datasets en kaarten voor heel Vlaanderen gebruikt, verkregen van Vlaamse instellingen of eerdere projecten. We hebben een databank met experimentele opbrengstwaarnemingen in Vlaanderen samengesteld en gebruikt om de prestaties van het model onder Vlaamse omstandigheden te evalueren. We schreven ook drie literatuuronderzoekshoofdstukken over de effecten van grondwater op landbouwpraktijken, het effect van ondiepe grondwaterstanden en vernatting op de mobiliteit van nutriënten, en het potentieel van paludicultuur in Vlaanderen. Tenslotte werd het model toegpast op het landbouwgebied rond De Zegge-Mosselgoren, nabij Geel.
Resultaten simulaties met het PEILIMPACT modelkader¶
Regionaal¶
Op regionaal niveau wordt de opbrengstvariabiliteit sterk beïnvloed door de combinatie van regionale weersvariabiliteit, de heterogeniteit van de bodem en het grondwaterpeil. Gemiddeld gezien hebben droogtes hebben een grotere invloed op de opbrengst van voedermaïs, aardappelen en suikerbieten in Vlaanderen dan natte omstandigheden. Gebieden met zandleem- en leembodems hebben doorgaans hogere opbrengsten dan kleigronden, aangezien deze gunstiger zijn voor wortelgroei dan andere bodems. Ondiepe grondwaterniveaus hebben een negatief effect op de opbrengst in natte jaren, maar in droge jaren kunnen gewassen ervan profiteren. Net zoals de opbrengst afneemt bij diepere grondwaterstanden, neemt hij ook af bij te ondiepe grondwaterstanden. Diepere grondwaterstanden resulteren in hogere opbrengsten in natte jaren, aangezien meer neerslag de lage grondwaterbijdrage aan de wortelopname van het gewas compenseert. De omvang van dit effect hangt af van de bodemtextuur en het bewortelingspatroon van het gewas.
Plausibiliteitscontrole¶
De resultaten van de plausibiliteitscontrole van het model toonden aan dat het huidige model de algemene meerjarige trends in de gemiddelde gewasopbrengst kan beschrijven, ondanks vele beperkingen in de invoergegevens en modelvereenvoudigingen. Absolute waarden worden soms onderschat, vooral bij suikerbieten. Een verbeterde opbrengstdatabank en/of gerichte veldexperimenten zijn nodig om het model te kalibreren en te valideren en nauwkeurigere resultaten te bekomen.
Case-study¶
In de case-study De Zegge-Mosselgoren zijn ondiepe grondwaterstanden gunstig voor de gewasproductie in droge jaren, maar veroorzaken ze zuurstofstress in natte jaren. De totale opbrengstvermindering door te droge of te natte omstandigheden en door indirecte effecten bedraagt voor gras en snijmaïs doorgaans minder dan 30%. In de huidige situatie zijn het veldbeheer en met name de beheersing van het grondwaterpeil in het gebied in droge jaren bijna optimaal voor landbouwactiviteiten, maar veroorzaken zij reeds beperkingen in natte jaren. In het algemeen is zuurstofstress de belangrijkste oorzaak van opbrengstvermindering in dit gebied. Gedetailleerde conclusies over het effect van stijgende grondwaterstanden als gevolg van vernattingsstrategieën op de landbouw kunnen nog niet worden gegeven, aangezien er aan het eind van de looptijd van het project geen grondwaterscenario's beschikbaar waren.
Hoofdpunten literatuurstudie¶
Teeltfactoren¶
Tijdens periodes van droogte komt een ondiepe grondwatertafel de gewassen ten goede, doordat het bodemvocht in de wortelzone door capillaire opstijging wordt aangevuld. Bij een te hoge grondwaterstand treden er echter negatieve effecten op de gewasproductie op, omdat de meeste akkerbouwgewassen gevoelig zijn voor zuurstofstress. Natte omstandigheden kunnen ook leiden tot een makkelijkere verspreiding van ziekten en plagen. Er zijn ook gevolgen voor het beheer met machines, omdat natte bodems minder draagkracht hebben. De bodemtextuur is hier bepalend omdat de waterretentiekenmerken van de bodem de waterstroom door de wortelzone reguleren.
Mobiliteit van nutriënten¶
Een oppervlakkige grondwatertafel leidt tot onvoldoende zuurstof in de bodem, waardoor de fysische en elektrochemische eigenschappen ervan drastisch veranderen. In deze nieuwe omstandigheden zijn geadsorbeerde fosfor en organische koolstofverbindingen mobieler, en kunnen zij naar het oppervlaktewater migreren. Dit hangt af van de beschikbaarheid van fosfor in de bodem. De uitspoeling van oplosbare stikstof is doorgaans lager en gaat meestal verloren in de vorm van gas bij hoge grondwaterstanden, omdat er minder van beschikbaar is in de bodem.
Natte landbouw en paludicultuur¶
Paludicultuur wordt vaak voorgesteld als alternatief voor conventionele landbouw in gebieden waar vernatting nodig is. Deze teelten kunnen instaan voor de productie van biomassa voor verschillende industrietakken en daarnaast overgang vormen tussen cultuurland en natte natuur, mee instaan voor waterzuivering en zorgen voor waterbuffering.
Kennis van teeltpraktijken en aangepaste machines, robuuste verdienmodellen en stabiele markten zijn cruciaal om landbouwers aan te moedigen om over te schakelen op deze gewassen en hen een rendabele bedrijfsvoering te garanderen. In Vlaanderen is natte landbouw niet goed bekend en er zijn meer onderzoek/proefprojecten nodig om te bepalen welke gewassen meer geschikt zijn voor de Vlaamse omstandigheden en marktmogelijkheden vooraleer het een reële optie is voor landbouwers.
De relatief kleine percelen in Vlaanderen kunnen een beperkende factor zijn om paludicultuur op industrieel niveau rendabel te maken; verwerking en gebruik op lokale schaal kunnen in dat geval meer geschikt zijn.
Conclusies en aanbevelingen¶
Het grondwaterpeil heeft een belangrijk indirect effect op de gewasopbrengst en veroorzaakt zuurstofstress wanneer het te ondiep is. De "optimale" waterniveaus veranderen echter drastisch door de variabiliteit die wordt veroorzaakt door gewassen, bodem, grondwaterdynamiek en het weer. Met het in deze studie ontwikkelde modelkader kunnen deze drempels contextspecifiek worden beoordeeld. Er is echter ruimte voor verbetering. Verdere werkzaamheden door de onderzoeksgemeenschap aan dit kader zouden het model in staat stellen realistischere en robuustere resultaten te geven. Tot de verbeteringen behoren het actualiseren van gewas- en bodemparameters en het gebruik van de dynamiek van het grondwaterpeil wanneer relevante informatie beschikbaar komt, en het verzamelen van aanvullende opbrengstgegevens van landbouwvelden of gerichte veldexperimenten, voor de kalibratie en validatie van het model. In de studiecase De Zegge moet het effect van specifieke toekomstige vernattingsscenario's in de natuurgebieden en aangrenzende landbouwgebieden op de landbouwactiviteiten worden beoordeeld zodra deze scenario's beschikbaar zijn.
Het vereiste modelkader is beschikbaar op Github: https://