Klimaatadaptieve maatregelen in Stegeren

Verspreid over de zandgronden zijn in KLIMAP verschillende veldproeven uitgevoerd (o.a. in Stegeren, America en Haaksbergen), waarin de effecten van regelbare drainage met subirrigatie worden onderzocht. De veldproeven onderscheiden zich door de gebruikte waterbron (RWZI-effluent, oppervlaktewater of grondwater), de wijze van aansturing of door de focus van het onderzoek. Op enkele percelen in de buurtschap Stegeren, gelegen in het Vechtdal (Overijssel), wordt de aanwezige regelbare drainage gevoed met oppervlaktewater.  Daarnaast is een veldproef ingericht, waar de effectiviteit en toepasbaarheid van een slimme SAWAX-stuw is onderzocht. De proeflocaties zijn op een steenworp afstand van elkaar gesitueerd. Beide proeven worden hieronder kort toegelicht. Aanvullend op de veldproeven wordt in dit gebied onderzoek gedaan naar de opschaalbaarheid van de toepassing van klimaatadpatieve drainage.

Welke maatregelen worden onderzocht?

Doel van de veldproeven

De veldproeven hadden als doel om efficiënte innovatieve middelen te testen voor beter watermanagement op het perceel en daarmee voor een betere waterbeschikbaarheid in de bodem van het perceel en van directe omgeving. Verder was het doel om aanvullende innovaties m.b.t. het automatisch en robuust functioneren van deze systemen te ontwikkelen, testen en monitoren.
Er vond intensieve samenwerking plaats tussen de lokale agrarische ondernemers, vertegenwoordigers van het waterschap en diverse onderzoekers. Mede dankzij deze participatieve monitoring is een vruchtbaar proces van samenwerking, kennisuitwisseling en gezamenlijk leren op gang gekomen wat door betrokkenen als positief is ervaren en wat heeft geleid tot een groeiend inzicht in het bodem- en watersysteem.

De aanpak

De Smart Adaptive Waterlevel eXtender (SAWAX) stuw is ingezet om het waterpeil in kavelsloten mee te laten stijgen en dalen met het door het waterschap gevoerde peil in de benedenstroomse hoofdwatergangen. Het doel hiervan is om meer water bovenstrooms te bergen en in de bodem vast te houden dan met een vaste stuw.

Het regelbare drainagesysteem met subirrigatie, met oppervlaktewater als bron, heeft als doel om via een stijging van het grondwaterniveau de vochtbeschikbaarheid van het gewas te verbeteren. Door gebruik van de beschikbare, externe bronnen, wordt de druk op grondwater verminderd. De monitoring van deze proeven bestaat uit het bodemvochtgehalte op drie diepten (20 cm, 40 cm, 60 cm), het freatische en diepe grondwaterniveau, en het aan- en afvoerdebiet. Het sturen van een regelbare drainagesysteem met subirrigatie kan online via het Klimaat Adaptieve Drainage (KAD) management-algoritme. Dit algoritme combineert veldmetingen, weersvoorspellingen en modelsimulaties voor een aanbevolen drainageniveau, wat erop gericht is om zowel natschade door zuurstofstress als het onnodig afvoeren van water te voorkomen. In KLIMAP is dit sturingsalgoritme verder uitgebreid met de benodigde wateraanvoer voor subirrigatie, in samenhang met de beschikbaarheid van water.  Een andere onderzoeksvraag is hoe de benodigde wateraanvoer verminderd kan worden, met toch een goede vochtvoorziening voor het gewas, om de systemen steeds slimmer te gebruiken. De proef heeft daarnaast inzichten opgeleverd over hoe zulke systemen beter ingepast kunnen worden onder praktijkomstandigheden, ook in andere proeflocaties binnen KLIMAP.

De ervaringen met klimaatadaptieve drainage bij de betrokken agrariërs in Stegeren zijn overwegend positief. Toch zijn er nog veel vragen over opschaling van deze maatregel. Wat zijn de kansen en risico’s voor de verschillende stakeholders, ook rekening houdend met klimaatverandering op lange termijn? Welke winst levert het op voor het vergroten van de regionale grondwatervoorraden? Hoeveel areaal kun je bedienen met de maximale aanvoercapaciteit? Hoe kun je voorkomen dat het leidt tot meer afvoeren in plaats van meer vasthouden? Meerdere regio’s waar aanvoer van water mogelijk is (Noordwest-Limburg en Noordoost-Brabant) kampen met deze vragen. Met de resultaten van de veldproeven op zak en de verkregen data zijn berekeningen uitgevoerd om de hydrologische effectiviteit en neveneffecten te kwantificeren in geval van regionale toepassing van deze maatregel.

Ook is ingezoomd op de technische, institutionele en sociaal-maatschappelijke factoren die belangrijk zijn voor opschaling van maatregelen in een gebied. Er is toegewerkt naar een handreiking met do's en don'ts die de regio kan gebruiken bij verdere uitrol van de maatregel.

Resultaten

De eerste resultaten hebben geleid tot informatie over de toestand van systemen, de hydrologie en de effecten van de watermaatregelen. Het grondwaterniveau en bodemvochtgehalte kan bijvoorbeeld verhoogd worden met behulp van een regelbaar drainagesysteem met subirrigatie vanuit het oppervlaktewater. Daarnaast zijn de systemen aangepast aan de praktijksituatie: uitbreiding van pompcapaciteit heeft plaatsgevonden. Ook zijn de agrariërs en het waterschap actief betrokken geweest bij dit project, wat een positief effect heeft gehad op beschikbare metingen en inzicht in het bodem-watersysteem. De metingen waren door de deelnemers te bekijken via een online dataportaal.

Specifiek voor de situatie in Stegeren geldt dat door een relatief hoge wegzijging het lastig is met regelbare drainage en subirrigatie de grondwaterstand dusdanig te verhogen, dat het gewas daar ook profijt van heeft. Slechts een klein deel van het aangevoerde water komt ten goede aan de gewasverdamping. Het grootste deel van het aangevoerde water voedt het regionale grondwatersysteem of draineert weer naar het oppervlaktewater.

De resultaten voor de veldproeven in Stegeren zijn ingebed in de analyses voor een viertal experimenten op de Hoge Zandgronden en worden hieronder samengevat (De Wit et al. 2024):

Effect van regelbare drainage met subirrigatie (RDS) op het grondwaterniveau, gewas en hydrologische fluxen

Veldmetingen (De Wit et al. 2023), modelanalyses en de bevindingen van de veldproeven met regelbare drainage met subirrigatie (RDS) in America, Stegeren, Lieshout en Haaksbergen (hoge zandgronden) zijn wetenschappelijk gepubliceerd (De Wit et al. 2024). De belangrijkste resultaten zijn:

• Door water tijdig vast te houden tijdens perioden met een neerslagoverschot kan een goede doorstart gemaakt worden met subirrigatie in het begin van het groeiseizoen (en er veelal een neerslagtekort ontstaat).
• Door regelbare drainage met subirrigatie toe te passen kan in het groeiseizoen worden voorkomen dat de grondwaterstand te diep wegzakt om gewassen via capillaire opstijging van voldoende water te voorzien.
• Als de grondwaterstand in het groeiseizoen voldoende hoog kan worden gehouden én plantenwortels diep genoeg zitten, verhoogt subirrigatie de waterbeschikbaarheid voor het gewas; hierdoor blijft de transpiratie (ofwel gewasverdamping) en daarmee de drogestofproductie op een voldoende niveau (geen grote reductie).
• Een beperkt deel (<5 à 20%) van het aangevoerde water voor subirrigatie komt in de veldproeven ten goede aan het gewas via bevordering van de verdamping (minder verdampingsreductie). Afhankelijk van de ontwatering in de regio en de geohydrologische gebiedskarakteristieken, verlaat een deel van het aangevoerde water het RDS-perceel via wegzijging naar het diepere grondwater of via afvoer naar een aanliggende sloot. Een hogere weerstand tegen wegzijging en/of een hogere stijghoogte in de streek maakt dat het aangevoerde water minder wegstroomt naar het diepere grondwater. Een hoger slootpeil in de omgeving van een RDS-perceel, aangepast aan de beoogde hogere grondwaterstand, zorgt voor minder waterverlies naar de sloot. Het peilbeheer van oppervlaktewater in een regio dient dus aangepast te worden aan de toepassing van subirrigatie in die streek.
• Subirrigatie kan reductie van gewasverdamping veelal niet voorkómen, wel verkleinen, naar gelang de bodemopbouw en lokale geohydrologie en ontwatering ‘geschikt’ zijn.
• De benodigde wateraanvoer voor subirrigatie kan zeer hoog zijn: in de veldproeven, waarin gedurende het groeiseizoen continu gestreefd werd naar een voldoende hoge freatische grondwaterstand, varieerde de toegevoegde hoeveelheid water tussen 500 mm tot >1.000 mm per jaar (5.000 tot >10.000 m³/ha per jaar). Uit lopend vervolgonderzoek volgt dat de watervraag met tientallen procenten kan worden verminderd, door de wateraanvoer en het sturingsniveau geautomatiseerd te regelen, rekening houdend met de gemeten vochtcondities in het veld en de weersverwachting. Punt blijft dat reductie van de gewasverdamping in droge jaren niet geheel kan worden voorkomen; dit geldt zeker als er minder water wordt aangevoerd. Randvoorwaarde van minder aanvoeren is dat met minder water nog steeds een verhoging van de waterbeschikbaarheid voor het gewas kan worden gerealiseerd.
• Belangrijk in dit onderzoek waren en blijven de verschillen in bodemopbouw en geohydrologische karakteristieken voor de vier veldproeven. Kleine verschillen in bodemopbouw (bijvoorbeeld wel of geen weerstandslaag binnen 2 à 3 m-mv), lokale geohydrologische karakteristieken (regionale wegzijging) en gevoerd peilbeheer bepalen het effect van subirrigatie op het gewas en de hoeveelheid water die nodig is om dit effect te bereiken. Hiermee valt of staat de geschiktheid en efficiëntie van een perceel voor toepassing van subirrigatie. Als er reeds sprake is van een aangelegde buisdrainage op een perceel vanwege de anders beperkte ontwatering, dan is de kans groot dat subirrigatie effectief kan zijn voor gewasproductie. Nieuwe RDS op een perceel aanleggen voor alleen subirrigatie kan een keuze zijn, die gegeven de locatie-eigenschappen niet vanzelfsprekend succesvol en effectief hoeft te zijn.

Kortom: regelbare drainage met subirrigatie (RDS) kán sowieso positief bijdragen aan water vasthouden in het bodem-water-systeem; het aanvullen hiervan via subirrigatie voor gewasproductie lukt niet overal en kan veel aanvoerwater vragen.

Er zijn dus belangrijke zaken om rekening mee te houden. Ten eerste betreft dit de watervraag, die dus groot kan zijn. Enerzijds wordt deze watervraag beïnvloed door geohydrologische karakteristieken als de weerstand in de bodem en de wegzijging van freatisch grondwater naar de ondergrond (bijv. te zien aan diepe GLG’s > 2 m-m.v.). Anderzijds wordt deze watervraag beïnvloed door factoren als het slootpeil in winter en zomer, het gewas zelf en de bewortelingsdiepte van het gewas. En belangrijk: het benodigde water voor subirrigatie moet in de regio beschikbaar zijn, met name in droge tijden. Anders sluiten watervraag en wateraanbod onvoldoende op elkaar aan.

De kennis die is opgedaan in verschillende veldproeven leidt tot een aantal praktische handvatten (De Wit et al. 2024):

• Pompontwerp: het pompontwerp wordt voornamelijk bepaald door het beoogd waterniveau in de regelput en de methode van wateraanvoer.
• Hydrologische kenmerken: overtollige drainage naar de sloot kan voorkomen worden als het slootniveau het beoogde grondwaterniveau volgt.
• Meteorologische kenmerken: het management van regelbare drainage met subirrigatie hangt sterk samen met het weer (nattere/drogere perioden in groeiseizoen).
• Geohydrologische kenmerken: de aanwezigheid van een weerstand in de bodem (vb. een leemlaag) beperkt overtollige wegzijging.
• Gewaskarakteristieken: de benodigde hoeveelheid wateraanvoer is voor een gewas met een grotere worteldiepte kleiner dan voor een gewas met ondiepere wortels.
• Waterbron – lokaal: een waterbron (van voldoende kwaliteit) moet beschikbaar zijn voor subirrigatie. Dit geldt voor eventuele verstopping van het systeem, maar ook voor effecten op de kwaliteit van het (diepere) grondwater.
• Waterbron – regionaal: de waterbron moet op regionale schaal niet zijn functie verliezen als bron voor andere doeleinden (watervraag en waterverdeling).
• Beheer en onderhoud: IJzerneerslag kan een drain verstoppen bij gebruik van (zuurstofloos, ijzerrijk) grondwater. Restwater of oppervlaktewater (veel voedingsstoffen) kan zorgen voor verstopping door biofilms. Met goed ontwerp, aanleg en beheer van het systeem kan verstopping (deels) worden voorkomen.

Media

• Klimaatadaptieve drainage in Stegeren (uitgebreidere versie)