Hoe gezonde wateren stikstof verwijderen

De auteurs

Nederland telt maar liefst driehonderdduizend kilometer aan sloten, veelal in agrarisch gebied. Die sloten kunnen stikstof uit het water verwijderen, mits ze op de juiste manier worden beheerd.

Hoewel de waterkwaliteit de afgelopen decennia sterk is verbeterd, zien onze wateren er nog lang niet uit zoals op de schoolplaten van Koekkoek. Vijvers, sloten, plassen en meren zijn vaak bedekt met een dikke laag kroos of zien groen van de algen: een aquatisch milieu waarin veel waterplanten, insecten, amfibieën en vissen niet goed gedijen. De oorzaak is een overmaat aan reactief stikstof zoals nitraat, nitriet of ammonium, samen met een teveel aan fosfaat.

Gelukkig kunnen twee ecologische processen in waterbodems en op waterplanten dit reactieve stikstof weer uit het water verwijderen. Daarbij spelen micro-organismen de hoofdrol, met zuurstof als belangrijkste regisseur. In een waterkolom met veel zuurstof zetten bacteriën en archaea (vroeger bekend als oerbacteriën) ammonium namelijk om in nitraat, de zogenoemde nitrificatie. En dit nitraat transformeren weer andere bacteriën vervolgens in stikstofgas (N₂), het meest voorkomende bestanddeel van lucht, dat nauwelijks reageert met andere stoffen (zie Stikken in de stikstof).

Denitrificatie verwijdert driekwart van de stikstof

Dit laatste proces, denitrificatie, vindt vooral plaats in de zuurstofarme waterbodem. Het neemt maar liefst driekwart van de stikstofverwijdering uit de Nederlandse wateren voor zijn rekening. Maar het proces heeft een nadeel. Als het denitrificatieproces vroegtijdig stopt, dan produceert het vooral lachgas (N₂O), een driehonderd keer sterker broeikasgas dan CO₂. Er is dan weliswaar sprake van stikstofverwijdering en dus verbetering van het aquatisch ecosysteem, maar het broeikaseffect wordt ermee versterkt.

Van oudsher worden waterplanten uit sloten regelmatig verwijderd om de doorstroom van water te garanderen: het schonen van de sloot. Hierbij wordt ook stikstof verwijderd die door de planten is opgenomen uit water en bodem. Dit staat echter in geen verhouding tot stikstofverwijdering door nitrificatie en denitrificatie. Juist wanneer er waterplanten leven, zijn nitrificatie en denitrificatie optimaal aan elkaar geschakeld, doordat planten en hun wortels een veelheid aan zuurstofrijke en zuurstofarme habitats creëren.

© Sven Teurlincx.

Belemmering stikstofverwijdering

Als er veel ammonium of nitraat in het water terechtkomt, belemmert dat de stikstofverwijdering, zo blijkt uit onderzoek. Niet alleen stokt dan de omzetting van ammonium naar nitraat, waardoor er meer reactief stikstof in het water blijft. Ook de omzetting van nitraat naar stikstofgas is onvolledig, waardoor er meer lachgas ontstaat. Voor bescherming en herstel van onze wateren zijn dus twee zaken van belang: voorkómen van stikstofaanvoer naar watersystemen én optimalisatie van natuurlijke stikstofverwijdering.

Om de stikstofaanvoer naar water te verminderen moeten de stikstofbronnen worden aangepakt. Die noodzaak is inmiddels duidelijk. Maar zelfs als het op korte termijn gebeurt, is het effect op de waterkwaliteit niet direct zichtbaar. Op de bodems van de sloten, plassen en meren bevindt zich namelijk nog de erfenis van de jarenlange overmatige stikstofaanvoer. Naast de aanpak van de bron is het dus zaak om ook te sturen op een maximaal stikstofverwijderend watersysteem in Nederland.

Gladde oevers

Voor het maximaal omzetten van reactief stikstof naar onschuldig stikstofgas (N₂) moet dus zowel nitrificatie als volledige denitrificatie plaatsvinden. In de sloten die we kennen uit de schoolplaten van Koekkoek was dat geen probleem. Door de flauwe oevers en diverse plantengemeenschappen ontstonden er vanzelf zuurstofarme en zuurstofloze habitats. Veel sloten zijn nu een stuk minder divers: er groeien minder wortelende planten en juist meer kroos en flab (grote slierten algen) doordat waterbeheerders de oevers glad schrapen en planten een à twee keer per jaar volledig verwijderen. In zuurstofarme, met kroos bedekte sloten kan weliswaar denitrificatie plaatsvinden, maar de nitrificatie wordt geremd, waardoor ammonium zich in de sloot kan ophopen. Ook in lege, schoongemaakte sloten is de stikstofverwijdering niet optimaal. Door de afwezigheid van planten en aanwezigheid van dikke krooslagen is er overdag minder zuurstof in het water en daardoor nauwelijks nitrificatie.

Verhoging biodiversiteit

Gelukkig wordt ook in sloten ecologisch waterbeheer steeds meer de norm. Waterbeheerders streven ernaar om de biodiversiteit in de sloot en op de oever te verhogen. Dat doen ze door natuurvriendelijke oftewel geleidelijk aflopende oevers te creëren, natuurlijker te maaien – niet gelijk twee kanten maaien, stroken sparen, niet maaien in voorjaar en zomer – en diversiteit aan habitat te maken, zoals het aanbrengen van diepe en ondiepe zones in de sloot. Ecologisch beheer zal niet alleen de biodiversiteit ten goede komen, maar ook het zelfreinigend vermogen van sloten versterken, door nitrificatie en denitrificatie optimaal aan elkaar te koppelen.

Geleidelijk aflopende oevers zorgen voor variatie in soortensamenstelling van waterplanten en zuurstoftoevoer naar de bodem. Door juist ook diepe delen in de sloot aan te brengen zal zuurstofloosheid optreden bij de bodem (zeker ’s nachts, als planten geen zuurstof aanmaken). Deze diversiteit aan milieuomstandigheden in de sloot zorgt voor grensvlakken tussen zuurstofarme en zuurstofrijke delen, die ‘hotspots’ van stikstofomzetting zullen vormen.

Waterbeheer gericht op verbeterde ecologische kwaliteit en biodiversiteit zal, met aandacht voor de microbiële stikstofomzettingen, dus ook de natuurlijke stikstofverwijdering ten goede komen, mits tegelijkertijd de stikstofaanvoer naar sloten wordt beperkt.