Dossier Bodem: koolstofopslag

Deel 1: Principe en waarom?

Van CO₂ naar bodemorganische koolstof

Planten hebben CO₂ nodig om te kunnen groeien. Via fotosynthese zetten ze het om in glucose en in zuurstof. Een deel van de koolstof (C) die ze op die manier onttrekken aan de atmosfeer, komt rechtstreeks in de bodem terecht via de wortels, via stoffen die door wortels worden afgescheiden (exudaten), via gewasresten die achterblijven op het veld of onrechtstreeks via extern organisch materiaal zoals dierlijke mest, compost, houtsnippers,…. Via het bodemleven wordt dit vers organisch materiaal deels omgezet in nutriënten voor de planten (mineralisatie) en deels in stabiele ‘bodemorganische koolstof’(humificatie). De fractie van de koolstof die achterblijft is niet voor alle organische materiaal hetzelfde maar is afhankelijk van de kwaliteit van het aangebrachte materiaal (‘effectieve organische koolstof’).

Koolstofbalans

De stabiele koolstof is op zijn beurt onderhevig aan afbraak (gemiddeld ingeschat op 2% per jaar) waarbij ook hier een deel ten goede komt aan de plant onder de vorm van nutriënten en een deel verloren gaat onder de vorm van CO₂. De hoeveelheid organische stof die jaarlijks wordt afgebroken hangt van verschillende factoren af. Er kan enkel sprake zijn van koolstofopslag als er meer koolstof wordt aangevoerd dan dat er wordt afgebroken. Op die manier kan de bodem fungeren als een ‘koolstofspons’ en DUS als buffer tegen de klimaatverandering. Als je 1 ton stabiele koolstof in de bodem kan opslaan, haal je immers 3,7 ton CO₂ uit de lucht.

Er staat een limiet op de hoeveelheid koolstof in de bodem

De koolstofvastlegging in de bodem verloopt niet gelijkmatig maar is vaak het hoogst direct na een verandering in landgebruik of landbeheer. Vervolgens evolueert de bodem naar een nieuw evenwicht dat na een periode van 20-100 jaar bereikt wordt, waarna de koolstofvoorraad min of meer constant blijft. De uiteindelijke koolstofopbouw in de bodem hangt af van een aantal factoren:

1. de capaciteit van een bodem om koolstof vast te leggen (vooral bepaald door het kleigehalte)
2. het klimaat: bodemtemperatuur en –vochtgehalte bepalen de mineralisatiesnelheid
3. de kwaliteit van de toegevoegde koolstof aan de bodem
4. de balans tussen koolstofinput en de hoeveelheid koolstof die verloren gaat uit de bodem door respiratie
5. de initiële koolstofstock
6. het beheer van akker of grasland

De rol van koolstof in de bodem

Behalve goed voor het klimaat is een bodem rijk aan bodemorganische stof goed voor de landbouwer. Een bodem die voldoende koolstof bevat zal immers in regel beschikken over:

• een betere bodemstructuur en bijgevolg meer weerstand tegen verslemping, verdichting en erosie
• een betere bodemvruchtbaarheid. Organische stof werkt als een buffer tegen pH schommelingen en fungeert als een bron van nutriënten via mineralisatie
• een verhoogde waterdoorlatendheid wat resulteert in minder afspoeling, een verlaagd risico op overstroming en een betere aanvulling van het oppervlakte- en grondwater
• een hoger waterbergend vermogen waardoor er tijdens het teeltseizoen meer water beschikbaar blijft voor de plant wat cruciaal kan blijken in periodes van droogte
• een uitgebreider en actiever bodemvoedselweb wat op zijn beurt bijdraagt tot een betere bodemstructuur, -vruchtbaarheid en ziekteweerbaarheid

Met andere woorden: een bodem rijk aan bodemorganische stof is beter beschermd tegen de gevolgen van de klimaatverandering en zal stabielere gewasopbrengsten genereren, ook in moeilijke omstandigheden. Koolstofopslag is dus niet alleen een belangrijke mitigatiemaatregel¹ maar speelt ook zijn rol in klimaatadaptatie².

¹Het verminderen van de impact van landbouw op het klimaat (mitigatie)

²Aanpassingen in de landbouw aan de reeds aanwezige gevolgen van de klimaatverandering

Impact van landgebruik op koolstofvoorraden

Grasland slaat meer koolstof op dan akkerland

Het type landgebruik speelt een belangrijke rol in de hoeveelheid koolstof die in een bodem aanwezig is. Het is algemeen geweten dat onder grasland meer koolstof kan worden opgeslagen dan onder akkerland. De verklaring hiervoor ligt in de combinatie van een constante aanvoer van organisch materiaal onder de vorm van wortels, wortelexudaten en grasresten en de afwezigheid van intensieve bewerkingen waardoor het organisch materiaal minder snel wordt afgebroken. Verschillende Franse en Belgische studies hebben zelfs aangetoond dat in de bodem evenveel koolstof kan worden opgeslagen onder grasland als onder bos. Het hoge koolstofopslagpotentieel in combinatie met een aanzienlijk areaal maakt dan ook dat grasland in Vlaanderen een belangrijke rol kan spelen in de strijd tegen de klimaatsverandering.

Franse en Belgische studies hebben zelfs aangetoond dat in de bodem evenveel koolstof kan worden opgeslagen onder grasland als onder bos.

Koolstofafbraak gaat sneller dan -opbouw

Bij de omzetting van grasland naar akkerland gaat een aanzienlijk deel van de opgebouwde koolstof terug verloren. Op basis van Europese studies waarin de koolstofafbraak bij het omzetten van grasland naar akkerland werd opgevolgd op perceelsniveau kunnen we besluiten dat de afbraak gemiddeld dubbel zo snel gaat als de opbouw. De grootste verliezen worden vastgesteld in de eerste jaren na onderwerken en de hoeveelheid koolstof die uiteindelijk verloren gaat, zal in grote mate afhangen van de leeftijd van het grasland (initiële koolstofstock) en de bodemtextuur (grootste verliezen werden vastgesteld op bodems met een laag kleigehalte).

Koolstofafbraak – bijvoorbeeld door het scheuren van grasland – gaat ongeveer dubbel zo snel als de opbouw ervan.

Dit toont aan dat het behoud van koolstof in de bodem van cruciaal belang is. Wereldwijd zit er 3 keer meer koolstof in de bodem dan in de atmosfeer en vier keer meer dan in vegetatie. Het identificeren en beschermen van de carbon hotspots (vb. oude graslanden, bodems met veen in de ondergrond) kan dus een belangrijke rol spelen in het beschermen van ons klimaat.

Deel 2: hoe koolstof opslaan in de bodem

Met verschillende beheermaatregelen kan de koolstofvoorraad onder landbouwgronden vergroot worden. Dat geldt zowel voor grasland als voor akkerland.

Grasland

De koolstofopslag onder grasland kan geoptimaliseerd worden door:

• te kiezen voor een matig intensief graslandbeheer. Dat resulteert in een goede stoppel- en wortelontwikkeling. Vermijd te frequent vernieuwen en maaien, alsook overmatige begrazing.
• te begrazen in plaats van uitsluitend te maaien. Graasweides bezitten een uitgebreider wortelstelsel en een beter ontwikkelde stoppel wat bijdraagt aan de koolstofopbouw
• grasland zo lang mogelijk te laten aanliggen. Hoe langer het aanligt op hetzelfde perceel, hoe meer koolstof eronder wordt opgeslagen (tot een evenwicht wordt bereikt)

Om de koolstofvoorraad onder landbouwbodems te maximaliseren, is behoud van bestaand grasland en dus behoud van de bestaande koolstofvoorraden, de meest efficiënte maatregel.

Akkerland

Compost of stalmest?

Het verhogen van het organische koolstofgehalte in akkerland kan op verschillende manieren. Regelmatig organisch materiaal (vb. gewasresten of organische bemesting) toedienen, is de meest logische methode om het organisch koolstofgehalte op te krikken op relatief korte termijn. De stijging van het organische koolstofgehalte hangt af van de kwaliteit en de stabiliteit van het toegediende organisch materiaal. Zo bezitten zowel compost als stalmest een hoger koolstofopslagpotentieel dan bijvoorbeeld drijfmest. Beide producten zijn immers rijk aan stabiel organisch materiaal en, indien toegepast aan een zelfde (koolstof)dosis in gelijkaardige omstandigheden (bodemtextuur, klimaat,…), verloopt de koolstofopbouw in de bodem vergelijkbaar. We dienen hierbij op te merken dat compost en stalmest rijk zijn aan nutriënten en dat de toediening van compost en stalmest oordeelkundig moet gebeuren om bijkomende stikstof- en fosforuitspoeling te beperken.

Gewaskeuze

Via een gerichte gewaskeuze en/of gewasrotatie kan de aanvoer aan organische materiaal verhoogd worden. Denk daarbij aan meerjarige gewassen zoals tijdelijk grasland, diepwortelende gewassen zoals luzerne en rode klaver en gewassen die veel structuurrijke oogstresten nalaten zoals granen. Binnen de groep van gewasresten blijkt stro het grootste koolstofopslagpotentieel te bezitten. Het verhogen van het aandeel stro dat na de oogst op de akker achterblijft, kan de koolstofopbouw in de bodem stimuleren maar zou meteen ook betekenen dat er minder stro voorradig is voor de productie van stalmest. Ook blijft het inwerken van stro een economisch gegeven. De afweging inwerken of verkopen is voor de akkerbouwer een keuze tussen een opbrengst op korte termijn of een investering in organische stof (bodemkwaliteit) op langere termijn.

Groenbedekkers

Ook groenbedekkers voegen een hoeveelheid organisch materiaal toe aan de bodem en het inzaaien ervan is, waar mogelijk, belangrijk om ten minste het koolstofgehalte in de bodem op peil te houden. Het effect van een groenbedekker hangt sterk af van de biomassaopbrengst. Een korte groeiperiode of verminderde groei door slechte bodem- en weersomstandigheden leidt tot een beperkte biomassaopbrengst en bijgevolg een lage hoeveelheid koolstof die aan de bodem wordt toegevoegd.

Bodembewerking

Naast het toedienen van vers organisch materiaal aan de bodem wordt het minder intensief bewerken (vb. niet-kerend) van de bodem vaak naar voor geschoven als een potentiële maatregel om de koolstofvoorraad in de bodem te verhogen. Verschillende Vlaamse studies hebben echter aangetoond dat in onze situatie het toepassen van niet-kerende bodembewerking meestal wel voor een herverdeling van de koolstof in de bouwlaag (0-30cm; meer koolstof in de 0-10cm) zorgt maar niet voor hogere koolstofvoorraden in de bodem (in vergelijking met ploegen).

Meer info over de invloed van verschillende landbouwpraktijken op de bodem?: KnowSoil

Agroforestry

Onderzoek in Vlaanderen heeft aangetoond dat het combineren van bomen en/of struiken met productiegewassen op hetzelfde perceel het gehalte aan bodemkoolstof verhogen. Bladval, takval en worteldecompositie worden hier als voornaamste verklaring naar voor geschoven. Ook houtkanten en hagen aan de rand van percelen kunnen hier hun bijdrage leveren, zeker als de houtsnippers afkomstig van deze kleine landschapselementen worden benut, hetzij als grondstof bij compostering, hetzij door rechtstreekse toepassing in de bodem.

Meer informatie over agroforestry

Vernatting

Om intensieve landbouw mogelijk te maken zijn in het verleden veel veengronden ontwaterd, waardoor het veen afbreekt, met een hoge CO2-uitstoot tot gevolg. Door deze veengronden terug te vernatten wordt de afbraak gestopt en zal minder CO2 worden uitgestoten. Een verhoogde waterstand maakt wel een ander landgebruik noodzakelijk (natte teelt of paludicultuur). Gewassen die verbouwd kunnen worden zijn bijvoorbeeld lisdodde, veenmos, kroosvaren, cranberries, riet, wilgen en wilde rijst. Ook deze biomassa die geoogst wordt in deze vernatte gebieden kan potentieel ingezet worden om extra koolstof vast te leggen, bijvoorbeeld door deze biomassa te gebruiken bij de productie van compost.

Deel 3: situatie in Vlaanderen

Evolutie in koolstofvoorraden monitoren

Via de LULUCF (Land Use, Land use Change and Forestry ) regulering wil de Europese Unie ingrijpen op de door menselijke activiteiten geïnduceerde emissies en/of opslag in koolstofvoorraden. Ze stelt hierbij de “no-debit rule” voorop voor de periode 2021-2030. Concreet dient iedere lidstaat alles in het werk te stellen zodat de bestaande koolstofvoorraden op zijn minst behouden blijven aan het eind van die periode. De cijfers die momenteel gebruikt worden voor rapportering in het kader van LULUCF voor het bepalen van de bodemkoolstof (en de jaarlijkse evolutie ervan) zijn gebaseerd op historische trends en literatuur. Deze waarden geven onvoldoende de realiteit weer. De cijfers moeten verfijnd worden zodat:

• de reële opslag/emissie voor een bepaalde landgebruikscategorie (vb. akkerland, grasland) beter weerspiegeld wordt in de emissie-inventaris (op dit moment wordt een vaste, historische factor gehanteerd). Deze cijfers moeten tevens toelaten om een nauwkeurige inschatting te maken van de koolstofvoorraden in Vlaamse landbouwbodems.
• het effect van aangepaste bodembeheerspraktijken in landbouwbodems en/of landgebruiksveranderingen beter kunnen ingeschat worden en beter tot uiting komen in de rapportering.

Om te kunnen voldoen aan deze doelstelling ambieert de Vlaamse Overheid de opstart van een systematische monitoring van veranderingen in organische koolstofvoorraden in Vlaamse bodems. Om de opstart van een bodemkoolstofmonitoringnetwerk beheersbaar en kostenefficiënt te houden dienen op voorhand de aanwezige variabiliteit en de hoeveelheid staalnamepunten die vereist zullen zijn om een bepaalde verandering in organische koolstof te kunnen detecteren, ingeschat te worden. In een gezamenlijk project van de UGent, INBO en ILVO werd het aantal staalnamelocaties geoptimaliseerd op basis van de geobserveerde variatie uit vroegere staalnames en werd een methodiek voor de systematische monitoring van koolstofvoorraden in Vlaamse (landbouw)bodems over een periode van 10 jaar ontwikkeld. Verder werkt ILVO aan het karteren van het koolstofgehalte van de toplaag van akkerland aan de hand van satellietbeelden.

Koolstofopbouw stimuleren binnen de Vlaamse landbouw

Hoewel het merendeel van de landbouwers overtuigd is van het belang van voldoende organische koolstof in de bodem, geven zij aan dat dit vaak geen eenvoudig verhaal is. Niet alleen is opbouw van organische stof een traag proces, het vraagt een grote inspanning van landbouwers en brengt ook kosten met zich mee die zich niet altijd onmiddellijk in opbrengststijgingen vertalen. Vraag is dus hoe landbouwers te stimuleren om de koolstofvoorraden in hun bodems te behouden of te verhogen. Om een goed beleid te kunnen uitstippelen is er nood aan inzichten over onder meer het relatieve belang van bodemorganische stof in het klimaatverhaal, over de meest geschikte landbouwkundige maatregelen voor (het verhogen van) koolstofopslag onder Vlaamse landbouwbodems en over hoe de toepassing ervan te stimuleren op bedrijfs- en Vlaams niveau.

Potentieel in kaart brengen

Om het koolstofopslagpotentieel van diverse landbouwpraktijken en/of landgebruiksvormen in kaart te brengen, zullen binnen EJP SOIL/Carboseq bestaande data over courante en relatief nieuwe maatregelen (vb. agroforestry, vlinderbloemigen, groenbedekkers) samengebracht worden. Die kunnen dan als input dienen om de (bestaande) C-modellen in Vlaanderen te verfijnen en uit te breiden. Op basis van alle verzamelde inzichten en gegevens kan ingeschat worden welk potentieel er nog is voor koolstofopslag onder het huidige akker- en grasland in Vlaanderen.

Financiële plaatje

Om de huidige koolstofstocks te behouden en zeker om die substantieel te verhogen zijn compensatiemechanismen nodig. Koolstofopslag in de bodem biedt met andere woorden nieuwe kansen aan de Vlaamse landbouwer om op een positieve manier bij te dragen aan de klimaatverandering en daar ook voor vergoed te worden. ILVO onderzoekt daarom welke maatregelen het meest financieel en technisch haalbaar zijn in de bedrijfsvoering, welke financiële instrumenten (privaat of publiek) kunnen ingezet worden om landbouwers te stimuleren en te vergoeden en welk draagvlak hiervoor bestaat, en hoe de impact van de maatregelen en de evolutie in koolstofstocks gecontroleerd kan worden.

Video

Bekijk ook onderstaande video (21/05/2021), ILVO onderzoeker Tommy D'Hose geeft enkele concrete tips over hoe landbouwers het koolstofgehalte in hun percelen kunnen verhogen.

Rapport

ILVO neemt tijdens de loop van het project een faciliterende rol op bij het samenbrengen van stakeholders rond een roadmap, met de intentie om finaal een actieplatform vorm te geven. Na afloop van het project zal ILVO eerder een ondersteunende en adviserende rol opnemen tijdens de nodige samenwerkingen rond carbon farming.