Veen en CO2.

CO₂ maken met windmolens. Dat was een belangrijke Nederlandse vinding. Veenmoeras werd vanaf de Middeleeuwen met windmolens drooggemalen en geschikt gemaakt voor landbouw. Overigens was broeikasgas CO₂ toen een onbedoeld en onbekend bijproduct daarvan. Veen was er genoeg in Nederland (Fig. 1). Veen is een metersdikke laag plantenresten, ontstaan in moerassen. In een natte moerasbodem blijft afgestorven moerasvegetatie goed bewaard omdat er geen zuurstof bij kan komen. De meeste bacteriën en schimmels kunnen dan het afgestorven plantenmateriaal niet afbreken. De veenpakketten vertegenwoordigen duizenden jaren onttrekking van CO₂ uit de lucht, door fotosynthese van de moerasplanten.

Het drooggelegde veen werd voor akkerbouw gebruikt. In de met sloten ontwaterde veenlagen kon zuurstof uit de lucht binnendringen. Het veen werd daardoor snel verteerd door het bodemleven: bodemdieren, bacteriën en schimmels. Daarbij kwamen voedingsstoffen vrij, die de veenbodem vruchtbaar maakten.

Veen kan wel voor zo’n 90% uit water bestaan. Drainage laat het bodemoppervlak snel zakken. De vertering van het veen zet het weer om in CO₂. Dat doet het veen nog verder zakken, uiteindelijk met meters. In een veengebied aan de Engelse oostkust is het wel eens gemeten door palen in een veenmoeras te slaan voor de drooglegging begon. In 150 jaar zakte de bodem 4 meter (Fig. 2). Het landoppervlak in het veenweidelandschap van West-Nederland of Friesland kan ook wel 4 meter hoger gelegen hebben voordat de drooglegging in de Middeleeuwen begon.

Al gauw werd akkerbouw op het veen onmogelijk, alleen weidegrond of hooiland was nog haalbaar. Door de bodemdaling werd het namelijk te nat. Natuurlijke afstroming van water door sloten kon niet meer. De waterschappen ontstonden, windmolens moesten worden ingezet als gemalen om de steeds verder dalende veengebieden droog te houden. De economische opbrengst werd ook minder. Als de veengrond daarvoor geschikt was, was het voordeliger om het veen af te graven voor turf. Dat gebeurde vooral waar het veen uit veenmos bestond; droog veenmosveen was een goede brandstof. Turf was de eerste fossiele brandstof in Nederland. Tot in de 60er jaren werd er nog turf gestoken en gestookt in Nederland; de auteur van dit stuk herinnert zich dat de kolenkachel in huis werd aangestoken met turf.

Bijna 20 kubieke kilometer veen is verdwenen (2 x de inhoud van het IJsselmeer), de bodem werd daardoor gemiddeld bijna 2 meter verlaagd. Een groot deel van Nederland kwam beneden de zeespiegel te liggen. De verbranding van veen als turf droeg hier voor zo’n 34% aan bij, de rest was inzakking en veenafbraak door ontwatering. Alles bij elkaar goed voor een bruto 0.39 ppm (deeltjes per miljoen) toename aan CO₂ wereldwijd (Erkens et al., 2015¹; bruto omdat hierin latere opname van CO₂ door biosfeer en oceanen niet is meegerekend). Dat lijkt weinig, maar het komt overeen met 3 Gigaton CO₂, ongeveer net zoveel als de fossiele CO₂ emissies van Nederland van de afgelopen 20 jaar samen. Het is bovendien afkomstig van een miniem stukje (0,015%) van het wereldwijde landoppervlak. Dat betreft dan ook nog alleen de laagveengebieden van West-en Noord-Nederland. De uitgestrekte hoogveengebieden op de hogere zandgronden van Nederland, die ook tot fossiele brandstof zijn omgezet, zijn hierin niet meegerekend.

Het verlies van veen als gevolg van ontwatering gaat nog steeds door. De uitstoot van CO₂ uit veen bedraagt nu 3-4% van de totale CO₂-uitstoot van Nederland, evenveel als de uitstoot van 2 miljoen personenauto’s. Het veroorzaakt daarnaast een bodemdaling tot 10 mm per jaar (Kwakernaak et al., 2010². Zie ook de bodemdalingskaart van Nederland, gemaakt met behulp van de radar van de Europese Sentinel-satellieten. Bij een update van de bodemkaart van de Provincie Drenthe bleek dat in 50 jaar het oppervlak aan veenbodems met 42% was verminderd (De Vries et al., 2009). De veenlaag boven de zand-ondergrond was op veel plaatsen te dun geworden om de eretitel “veen” te verdienen. Probleem opgelost? Nee, er is nog genoeg veen over om door verdroging als CO₂ in de lucht te verdwijnen.

Behalve CO₂ kunnen er meer broeikasgassen uit de veenbodem komen: methaan (CH₄) en lachgas (N₂O), maar die laten we hier even buiten beschouwing om het verhaal niet te lang en ingewikkeld te maken. Deze broeikasgassen zijn overigens zeker niet te verwaarlozen, omdat het veel sterkere broeikasgassen zijn dan CO₂. De grote vraag in dit stuk is: kun je dit proces van veenafbraak, CO₂-uitstoot en bodemdaling stoppen, of zelfs omkeren? Daarvoor is wel enige kennis nodig van de koolstofbalans van de bodem.

Koolstofbalans

Fig. 3 toont een typisch veenbodem-profiel uit het Zuidhollandse veenweidegebied. De bovenste laag is klei met humus – een mix van sterk verteerd veen en ander organisch materiaal. De klei is meestal afkomstig van overstromingen door rivieren tijdens afzetting van het veen, en overgebleven na oxidatie van de bovenste veenlaag. Het is in de loop van de eeuwen bijgemengd met stadsafval door boeren, voor versteviging van de grond en bemesting. Er zit ook aardewerk en baksteen in. De donkere laag onderin, beneden 40 centimeter diepte is het echte veen – bosveen, afgezet in een moerasbos met veel elzen, wilgen, riet en zegge; stukken elzenhout zijn nog te herkennen.

De koolstofbalans is de boekhouding van wat erin en eruit gaat aan koolstof. Erin: CO₂, opgenomen door het gras en omgezet in plant. In het veenweidegebied worden de stengels en bladeren van de planten weer grotendeels omgezet in veevoer en melk. Die producten worden binnen hetzelfde jaar weer uitgeademd als CO₂ door koe en mens (en door de koeien ook als het sterkere broeikasgas CH₄). De reclameslogan ‘Ons gras neemt CO₂ op’ is dus een halve waarheid.

Een klein deel van de door planten opgenomen CO₂ wordt ook weer door planten uitgeademd. Verder wordt de door planten opgenomen CO₂ voor meer dan de helft omgezet in wortels en hun uitscheidingsproducten (exudaten: allerlei stoffen die nodig zijn voor groei en bescherming van wortels, dode wortelcellen). Die uitscheidingsproducten hebben geen lang leven in de bodem: het is makkelijk afbreekbaar (labiel) spul, “fast food” voor het bodemleven. Uit experimenten is gebleken dat door planten opgenomen CO₂ binnen een paar dagen weer als CO₂ uit de bodem komt na afbraak (Subke et al., 2012³). Hetzelfde geldt voor organische mest.

Slechts een klein deel van het labiele organische spul wordt omgezet in stabiel, heel traag verterende humus. De aanwezigheid van klei is gunstig daarbij. Humus kan zich makkelijk daaraan binden en wordt dan nog trager verteerd. Verder komen bij de afbraakprocessen ook koolstofverbindingen vrij die oplosbaar zijn in water. Die verlaten de bodem via grondwaterstroming.

Ook de afbraak van het veen door oxidatie is onderdeel van de koolstofbalans. Het veen zelf breekt minder snel af dan het labiele organische stof uit planten en mest. Bij de vorming van de veenlaag in de bovenste bodemlaag van het veenmoeras is het al een keer door de verteringsmolen is gegaan. Sommige typen plantenmateriaal, zoals veenmos en hout, worden ook door hun chemische eigenschappen (zuren, moeilijk verteerbaar lignine) beschermd.

De snelheid waarmee organische stof in de bodem wordt afgebroken hangt overigens vooral van het milieu (chemie, temperatuur) in de bodem af. Zuurstof is belangrijk. Maar zonder zuurstof zijn er andere bacteriën die andere chemische verbindingen gebruiken waarin zuurstofatomen zitten: nitraat, ijzeroxide, sulfaat. Dat gaat wel veel langzamer. Een met water verzadigde bodem zonder zuurstof remt dus de afbraak sterk. Aan de andere kant doet extreme droogte dat ook, want ook microben hebben vocht nodig. De afbraak gaat ook exponentieel sneller met hogere temperatuur (neemt dus steeds sneller toe met hogere temperatuur). Een minder bekend effect is het ‘priming effect’. Als er veel verse, labiele organische stof in de bodem komt (veel exudaten, organische mest), krijgen de microben in de bodem ook meer energie om het moeilijker afbreekbare spul aan te pakken⁵.

Metingen

Vanwege de andere grote stromen van koolstof in de bodem is het lastig om de afbraak van het veen precies te meten. Meestal wordt alleen de stroom (flux) van CO₂ in of uit de bodem gemeten. De eenvoudigste techniek daarvoor bestaat uit het plaatsen van een luchtdichte kamer op de bodem en daarin een paar minuten lang de toename van CO₂ te meten (Fig. 4). Een meer geavanceerde techniek heet ‘eddy covariantie’. Met meteorologische apparatuur worden daarbij de onregelmatigheden in de luchtstroming gemeten (‘eddies’, de op-en neergaande bewegingen in de wind door turbulentie), tegelijk met de CO₂-concentratie in de lucht – en dat 20 x per seconde, dag na dag. Daaruit wordt ook de CO₂ flux berekend, over een stukje landoppervlak dat afhangt van windrichting en -snelheid. Beide technieken hebben hun voor- en nadelen. In goed opgezette metingen worden beide technieken doorgaans gecombineerd.

Hiermee kun je de twee belangrijkste koolstofstromen goed inschatten. Zowel de opname van CO₂ door fotosynthese, als de CO₂ uit afbraak van organische stof in de bodem. De laatste koolstofstroom door metingen in de nacht, als de fotosynthese stil ligt. Een paar dagen meten is daarvoor echter niet genoeg. De koolstofstromen zijn sterk afhankelijk van het weer. Zowel opname als afbraak van organische stof is afhankelijk van de hoeveelheid zonnestraling (fotosynthese), temperatuur, en natte en droge perioden. De CO₂ flux uit veenafbraak is daarmee sterk afhankelijk van het weer, en om een goede inschatting te maken van het gemiddelde zul je toch enkele jaren moeten meten.

Aan de CO₂ moleculen die uit de bodem komen, hangt bovendien geen etiketje waarop staat waar ze precies vandaan komen. Je weet uit de CO₂-flux aan de oppervlakte daarom nog niet wat er afkomstig is van afbraak van het veen. Dat kan afgeleid worden uit een combinatie van metingen van veenafbraak in het laboratorium bij verschillende temperaturen, in combinatie met rekenmodellen. Een andere techniek is metingen van koolstofisotopen in de bodem en bodemlucht.

De meeste veenafbraak vindt in de zomer plaats, in droogteperioden, als het grondwater in de veenbodem daalt door verdamping, en de temperatuur van de bodem hoog is. Als je door het Utrechts-Hollandse veenweidegebied fietst, lijkt dat onzin: ook in de zomer staat het water in de sloten hoog, meestal enkele decimeters onder het landoppervlak. Maar in het weiland tussen de sloten in kan het grondwater toch flink zakken.

Veen bevat veel water. Maar door zijn structuur is het toch slecht doorlatend voor stroming van grondwater. In droge, zonnige perioden verdampt het gras zoveel water, dat grondwaterstroming vanuit de sloten dat niet kan aanvullen. Tussen de sloten in kan het grondwater wel tientallen centimeters onder het waterpeil van de sloten zakken. Tijdens droogte gaat bovendien de kleiige toplaag van de bodem vaak krimpen en scheuren, waardoor zuurstof dieper in de bodem kan doordringen. De afbraak van het veen gaat dan heel hard, en de bodemdaling ook. Het is vaak te zien aan ‘holle’ weilanden: langs de slootkanten ligt het land wat hoger dan in het midden tussen de sloten, doordat in het midden het grondwater het diepst wegzakt verdwijnt daar het meeste veen (Fig. 5).

Gevolgen

Waarom is dit belangrijk? Veenoxidatie is toch maar een paar procent van onze uitstoot van CO₂? Maar dat het probleem klein is, is slechts schijn.

In de eerste plaats bodemdaling. Die beperkt zich niet tot weilanden en akkers. Dat heeft ook effect op alles wat er in de veengebieden gebouwd is. Het Planbureau van de Leefomgeving heeft enkele jaren geleden berekend dat de bodemdaling miljarden kost aan schade aan gebouwen, wegen en ondergrondse leidingen. Wie eigenaar is van een woning met paalrot – ontstaan doordat houten palen van de fundering boven het grondwater komen te liggen – kan daarvan meepraten. Bodemdaling is ook geen goed plan als de zeespiegel steeds sneller stijgt. Het kost steeds meer moeite om diepere polders te bemalen doordat er meer water ondergronds toestroomt en de energie die het kost.

In de tweede plaats kan dat ondergronds toestromende water steeds zouter worden, vooral waar zout zeewater via zandlagen onder het veen kan toestromen.

In de derde plaats is het niet alleen een Nederlands probleem. Overal in Noord-Europa liggen uitgestrekte, gedraineerde veengebieden met veel CO₂-uitstoot. Wereldwijd is drainage van veen voor landbouw goed voor 5 % van de broeikasgasemissie, ongeveer 2 Gigaton CO₂.

In de vierde plaats wordt de veenafbraak versterkt door hogere temperatuur en droogteperioden, zoals we hierboven hebben gezien. Het versterkt daardoor de klimaatopwarming extra. Zoals de zomers van 2018 -2022 en de klimaatscenario’s van het KNMI laten zien, is de kans op hete, droge perioden in de zomer steeds groter.

Het verlies stoppen en winst maken

Kunnen we het proces remmen of misschien zelfs omkeren? Daar wordt veel onderzoek naar gedaan door onderzoeksinstituten, waterschappen, provincies en het rijk (https://www.nobveenweiden.nl/, https://www.innovatieprogrammaveen.nl/). In het kort de mogelijkheden, van minder naar meer ingrijpend:

• Aanvoer van water via greppels in de zomer.
• Aanleg van drainagebuizen (onderwater-drainage) vanuit sloten naar het midden van de weilanden, waardoor je met water (eventueel onder druk) het veen tussen de sloten nat kunt houden.
• Toevoegen van extra organisch materiaal aan de bodem.
• Verandering van de landbouw: naar de teelt van gewassen die je bij hoge waterstand kunt kweken: “paludicultuur”. Er wordt met verschillende gewassen geëxperimenteerd, bijvoorbeeld lisdodde (biologisch isolatiemateriaal), cranberries, veenmos, wilde rijst.
• Werken met de natuur: ontwikkeling van ecosystemen die het veen weer laten aangroeien.

In alle gevallen is beschikbaarheid van voldoende water van goede kwaliteit doorslaggevend. En dat is juist in droge zomerperioden een toenemend probleem. Bij technische oplossingen zoals onderwaterdrainage is goed onderhoud een voorwaarde: verstopte drainagebuizen doen niets. Natuurontwikkeling heeft als voordeel dat koolstofverlies via CO₂-emissie wordt omgekeerd en er weer winst wordt gemaakt: er wordt CO₂ opgenomen en vastgelegd in de bodem. Het heeft ook een extra voordeel: in natte perioden kan water vast worden gehouden in natuurgebieden. Daardoor kunnen afvoerpieken in rivieren gedempt worden. Toevoegen van extra organisch materiaal aan de bodem leidt ook tot koolstofwinst.

Overigens blijft nieuw bodemkoolstof aan het oppervlak wel kwetsbaar voor verlies bij verdroging of natuurbranden. De klimaatverandering kan de koolstofwinst door veengroei ernstig schaden door extreme droogte en hitte. Klimaatopwarming en verdroging zal het steeds moeilijker maken om de uitstoot van CO₂ uit de bodem te verminderen.

Een nadeel is dat natte bodems meer methaan (moerasgas) uitstoten, een sterk broeikasgas, maar dat doet ons vertrouwde rundvee ook. Over het algemeen valt de methaanuitsoot uit de bodem mee. Wanneer het grondwater dieper dan 20 centimeter onder het oppervlak zit is het nauwelijks een probleem. Het hangt ook sterk af van de waterkwaliteit (hoe schoner het water, hoe beter) en het type vegetatie of natte teelt. Ook het verdere gebruik van producten is belangrijk. Energie-gewassen of isolatiemateriaal kunnen tijdens de groei wel methaanuitstoot geven. Maar ze voorkomen ook CO₂ uitstoot uit veen, nemen ook CO₂ op, en verminderen ook uitstoot van fossiel CO₂ uit gebruik van fossiele brandstoffen.

Een eenvoudig probleem met simpele oplossingen is dit niet. Maar dankzij het lopende nationale en internationale wetenschappelijk onderzoek leren we wat werkt, waar het werkt en waar niet. Daarnaast is het niet alleen een vraagstuk voor de bodem- en waterspecialisten. Hoe het passen maatregelen in economie, landschap en maatschappij? Hoe lang kunnen we het volhouden in zakkende veengebieden met voortgaande klimaatverandering en zeespiegelstijging?

Literatuur

1. Erkens, G., Van der Meulen, M. J., & Middelkoop, H. (2016). Double trouble: subsidence and CO₂ respiration due to 1,000 years of Dutch coastal peatlands cultivation. Hydrogeology Journal, 24(3), 551.
2. Kwakernaak, C., van den Akker, J. J. H., Veenendaal, E. M., van Huissteden, J., & Kroon, P. (2010). Mogelijkheden voor mitigatie en adaptatie Veenweiden en klimaat. Bodem, 2010(juni), 6-8. https://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/fulltext/138952
3. Subke, J. A., Heinemeyer, A., Vallack, H. W., Leronni, V., Baxter, R., & Ineson, P. (2012). Fast assimilate turnover revealed by in situ ¹³CO₂ pulse-labelling in Subarctic tundra. Polar Biology, 35, 1209-1219.
4. Wiesenbauer, J., König, A., Gorka, S., Marchand, L., Nunan, N., Kitzler, B., … & Kaiser, C. (2024). A pulse of simulated root exudation alters the composition and temporal dynamics of microbial metabolites in its immediate vicinity. Soil Biology and Biochemistry, 189, 109259.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071723003218
5. Kuzyakov, Y., Friedel, J. K., & Stahr, K. (2000). Review of mechanisms and quantification of priming effects. Soil Biology and Biochemistry, 32(11-12), 1485-1498.