Nutriëntenverontreiniging van grondwater als gevolg van stikstofhoudende meststoffen is op veel plaatsen in Europa een probleem. Uit berekeningen van een team van wetenschappers onder leiding van het UFZ blijkt dat over een periode van minimaal vier maanden per jaar, Op ongeveer driekwart van de Europese landbouwgrond kan nitraat uitspoelen naar het grond- en oppervlaktewater. Het aandeel risicogebieden door nitraatuitspoeling is daarmee bijna twee keer zo groot als eerder werd aangenomen.

In de landbouw, Stikstofhoudende meststoffen worden vaak niet toegepast op een manier die past bij de locatie en het gebruik. Als het niveau te hoog is, de planten nemen de stikstof niet volledig op. Als resultaat, de overtollige stikstof spoelt als nitraat in het grond- en oppervlaktewater uit, een probleem dat zich in meerdere EU-landen voordoet. Bijvoorbeeld, in 2018, het Europese Hof van Justitie (HvJ) veroordeelde EU-landen, waaronder Duitsland, voor het overtreden van de EU-nitraatrichtlijn. Vorig jaar, de Europese Commissie herinnerde Duitsland eraan de uitspraak van het HvJ uit te voeren.

Hoeveel van de door bemesting aangewende stikstof als nitraat in het grond- en oppervlaktewater terecht kan komen of wordt gedenitrificeerd (d.w.z. omgezet in moleculaire stikstof en stikstofoxiden en vrijkomt in de lucht) hangt af van, onder andere, op complexe processen in de bodem. Een team van UFZ-onderzoekers en Amerikaanse partners onder leiding van hydroloog Dr. Rohini Kumar heeft nu nader geanalyseerd welke processen het lot van overtollig stikstof bepalen. De focus ligt op hydrologische en biogeochemische processen in de wortelzone (d.w.z. het gebied dat zich uitstrekt van het bodemoppervlak tot een diepte van één meter). "De wortelzone is het meest dynamische en actieve deel van de ondergrond, waar bodemvocht, verdamping en droog/natte fasen treden prominent in werking, ", zegt Kumar. Het fungeert als zowel een hydroklimatisch als biogeochemisch filter tussen de oppervlakte en de diepere ondergrondse lagen.

De kwetsbaarheid van landbouwgrond voor nitraatuitspoeling is tot nu toe beschreven met behulp van statische informatie over landgebruik, bodems, en de topografie van het landschap, gecombineerd met gemiddelde neerslag en grondwaterstanden, zonder rekening te houden met hun temporele variabiliteit. "Echter, neerslag en temperaturen veranderen dagelijks. Dit beïnvloedt de verdamping en het bodemwater en uiteindelijk de verblijftijd en het watertransport naar diepere lagen. gemiddelde waarden, zoals gebruikt om de statische toestand te beschrijven, zijn daarom vanuit het perspectief van vandaag minder geschikt, ", legt Kumar uit. De onderzoekers berekenen daarom op dynamische wijze hoe lang het opgeloste nitraat in de wortelzone kan blijven voordat het uitspoelt naar diepere niveaus. Ze combineren het aan het UFZ ontwikkelde mHM (mesoscale hydrologic model) met berekeningen van de dagelijkse verandering van waterretentie en nitraat in de wortelzone evenals denitrificatie Met behulp van de mHM, wetenschappers kunnen de spatio-temporele verdeling van hydrologische dynamiek simuleren, evenals transportdynamiek die de afgelopen 65 jaar in de wortelzone in heel Europa tot op de dag van vandaag heeft plaatsgevonden.

Met de nieuwe aanpak de UFZ-onderzoekers concluderen dat gedurende minimaal vier maanden per jaar, bijna 75% van de landbouwgrond in Europa is kwetsbaar voor nitraatuitspoeling naar het grond- en oppervlaktewater. Als de statische benadering wordt gebruikt, dit aandeel is slechts 42%. "Omdat bij de kwetsbaarheidsbeoordeling van het afbakenen van nitraatgevoelige zones geen rekening is gehouden met de ruimtelijk-temporele dynamiek van het watertransport, de ruimtelijke omvang van nitraatgevoelige gebieden wordt schromelijk onderschat, " concludeert co-auteur en UFZ-hydrogeoloog Dr. Andreas Musolff. Dit betreft, onder andere, gebieden in het oosten en noordoosten van Duitsland, het Iberisch schiereiland, en enkele Oost-Europese landen.

Volgens de UFZ-onderzoekers de nieuwe bevindingen zouden beter kunnen helpen bij het risicobeheer van stikstof in de landbouw. "Boeren zouden de nauwkeurigere informatie kunnen gebruiken om hun bemestingsregimes nauwkeuriger aan te passen, zodat er in de bijzonder kritieke maanden zo min mogelijk nitraat in de bodem aanwezig is, ", zegt Musolff. Hiermee wordt voorkomen dat er extra nitraat in het grond- en oppervlaktewater terechtkomt. "Deze studie gericht op de bodemzone is een startpunt voor een integrale risicobeoordeling van nitraatbelastingen in het grond- en oppervlaktewater. Daarna volgt nader onderzoek naar transport en denitrificatie in de ondergrond, grondwater en het oppervlaktewater, ' zegt Kumar.