Waterbodemverontreiniging en haalbaarheid ecologische doelstellingen voor oppervlaktewater

(H2O 13-01-2006)

DIANA SLIJKERMAN, TNO BOUW EN ONDERGROND

HENNO VAN DOKKUM, TNO BOUW EN ONDERGROND, THANS PROVINCIE ZUID-HOLLAND

RUUD KAMPF, HOOGHEEMRAADSCHAP HOLLANDS NOORDERKWARTIER

JOS BRILS, TNO BOUW EN ONDERGROND

Op veel plaatsen is nog (historische) waterbodemverontreiniging aanwezig Hoewel diverse saneringsoperaties lopen, ontbreken de middelen om op korte termijn alle verontreinigde locaties aan te pakken die gesaneerd moeten worden. Veel waterbeheerders vragen zich namelijk af of in alle gevallen van ernstige waterbodemverontreiniging, deze vervuiling de ontwikkeling belemmert van het ecologisch streefbeeld. Bij Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier speelt deze vraag al een aantal jaren. Het hoogheemraadschap en TNO hebben onderzoek verricht naar de relatie tussen (ernstige) waterbodemverontreiniging en het aquatisch ecosysteem. De resultaten geven aan dat, althans in de onderzochte gevallen, helder en plantenrijk water haalbaar is ondanks ernstige waterbodemverontreiniging, wel traden bepaalde effecten op de macrofauna gemeenschap op. Meer specifiek omschreven ecologische doelstellingen, zoals de goede ecologische toestand' volgens de Kaderrichtlijn Water, zouden daardoor wel eens niet haalbaar kunnen zijn. Meer onderzoek naar de relatie tussen waterbodemverontreiniging en deze ecologische toestand is daarom noodzakelijk. Deze noodzaak wordt ook onderschreven door het Europese Sediment Netwerk SedNet.

In het beheersgebied van Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier is op veel plaatsen sprake van matige tot ernstige waterbodemverontreiniging. Bijna een kwart van de waterbodems valt in verontreinigingklasse 3 of 4. Het is niet mogelijk om op korte termijn alle verontreinigde locaties te saneren. De vraag is of dat in alle gevallen ook wel nodig is. In hoeverre is de waterbodemverontreiniging immers daadwerkelijk remmend voor de ontwikkeling van het aquatisch ecosysteem tot 'helder en plantenrijk water'; het ecologische streefbeeld volgens WHP-2 van de Provincie Noord-Holland? 1). Kan in het oppervlaktewater dit ecologische streefbeeld gehaald worden, ondanks de waterbodemverontreiniging?

Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier heeft de afgelopen jaren geprobeerd deze vraag te beantwoorden, om een basis te hebben voor het prioriteren van saneringen. In een vooronderzoek 2) zijn zes locaties chemisch en met bioassays beoordeeld. Bepaalde, chemisch gesproken, ernstig verontreinigde locaties blijken geen toxisch effec te hebben in bioassays (zie tabel I). Andersom wordt soms wel een effect geconstateerd in bioassays terwijl het sediment chemisch gesproken onder klasse 2 valt. Deze discrepantie komt enerzijds door de beperkte biobeschikbaarheid van verontreinigingen, anderzijds door het feit dat slechts een beperkt aantal stoffen chemisch geanalyseerd wordt. Daarom worden steeds nadrukkelijker vraagtekens gezet bij de relatie tussen de verontreinigingsklasse-indeling en de effecten op het ecosysteem 3). Voor Hollands Noorderkwartier is - in afwachting van de nadere en specifieke uitwerking van de ecologische doelen (toestand) volgens de Kaderrichtlijn Water 4) - het hierboven reeds genoemd WHP-2 streefbeeld, 'helder, plantenrijk water', leidend. Daarom heeft het hoogheemraadschap samen met TNO een verkennend onderzoek uitgevoerd, om de vraag te beantwoorden of helder, plantenrijk water mogelijk is terwijl de waterbodem ernstig verontreinigd is. 

Tabel 1            Chemische en ecotoxicologische beoordeling van 6 locaties met verontreinigde waterbodem. 

Om de vraag te beantwoorden zijn ronde experimentele vijvers (mesocosms) van 4,5 kubieke meter (diameter 2 meter, waterdiepte 1,5 meter) gebruikt. In deze vijvers zijn waterbodems aangebracht met een verschillend verontreinigingniveau: klasse 0 (schoon), klasse 2 en klasse 4 (ernstig verontreinigd). Elke waterbodem werd in tweevoud getest. Vervolgens zijn alle vijvers gevuld met relatief schoon oppervlaktewater uit het Markermeer. Hiermee is ook natuurlijk fyto- en zoöplankton geïntroduceerd. Om de levensgemeenschap te completeren is in elke vijver bovendien eenzelfde hoeveelheid (qua soorten en dichtheid) macrofauna (onder andere waterslakken), kreeftachtigen en waterplanten (waterpest) uitgezet. Na een fase van twee maanden waarin de levensgemeenschap kon acclimatiseren, is in twee op elkaar volgende groeiseizoenen (maart t/m juni 2003 en 2004) de ontwikkeling in de vijvers gevolgd 5) 6). 

Algemene ontwikkeling

In alle experimentele vijvers is vanaf het begin van de metingen (maart 2003) sprake van helder water. Er zijn weinig (planktonische) algen aanwezig; in het eerste groeiseizoen (2003) neemt het gehalte chlorofyl-a (maat voor algenbiomassa) af van ongeveer 10 mg/I in maart tot minder dan 3 mg/I in juli. Alleen in de vijvers met klasse 2-sediment is sprake van een beperkte voorjaarsbloei: tot ongeveer 15 mg/I in april Ook in 2004 blijft het water helder, met een lage algenbiomassa (minder dan 10mg/I chlorofyl-a). De geïntroduceerde waterpest ontwikkelt zich dan ook goed en vormt eind juni een dichte vegetatie. In de winter van 2003-2004 zijn de waterplanten afgeknipt, maar het volgende voorjaar geeft hetzelfde beeld. Aan het eind van de meetperiode (juli 2004) zijn er geen significante verschillen in de hoeveelheid waterplanten tussen de drie verschillende waterbodems. Het water in de vijvers is matig voedselrijk en stikstof en fosfor voldoen aan de MTR-niveaus (maximum toelaatbare risico). De vijvers zijn stikstof gelimiteerd en vanaf maart/april is silicaat uitgeput. 

Effecten van verontreiniging

Het meest opvallende verschil tussen de ecosystemen is dat in beide vijvers met klasse 4-sediment de waterslakken zijn verdwenen. Aan het eind van de meetperiode van 2003 kwam de poelslak niet meer op de wanden van de vijvers voor en was de populatie blaashorenslakken gedecimeerd. In het voorjaar van 2004 zijn deze slakkensoorten opnieuw in de vijvers met klasse 4-sediment geïntroduceerd, maar ook deze waren na verloop van tijd verdwenen. De oorzaak hiervan is niet aantoonbaar, maar een toxisch effect van metalen kan zeker niet worden uitgesloten, omdat bekend is dat slakken gevoelig zijn voor de zware metalen die in de verontreinigde waterbodem aanwezig zijn 7) 8). De macrofauna samenstelling is met zogeheten 'litter traps' bemonsterd.  

Hier valt op dat vaak een positief verband bestaat tussen de verontreinigingsgraad van het sediment en het aantal waterpissebedden in de 'litter traps' . Dit geldt voor de laatste (van drie) bemonstering in 2003 en voor de laatste drie (van vier) bemonsteringen van 2004. Significante verschillen in de fyto- en zoöplankton samenstelling zijn niet waargenomen. Wel is de fytoplanktonbiomassa (uitgedrukt als het gehalte chlorofyl-a) in het water boven de klasse 4-waterbodem steeds lager dan boven de andere twee waterbodems.

Effecten van waterbodemtype

De vijvers met de klasse 0- en klasse 4-verontreiniging hebben een zeer vergelijkbaar gehalte organische stof en lutum, waardoor het makkelijker aanneembaar is dat eventuele verschillen in ontwikkeling relateerbaar zijn aan het verschil in de mate van verontreiniging. De klasse 2-waterbodem bevat echter twee maal zoveel organische stof en lutum als de klasse 0- en 4-waterbodems (zie tabel 2). Dit heeft zijn weerslag op de ontwikkeling in de klasse 2-vijvers: het is voedselrijker (totaal-P, Kjeldahl-N) en bevat meer ionen (EGV). 

Tabel 2                        Typering van de gebruikte waterbodems 

Dit is naar alle waarschijnlijkheid de reden dat in 2003 in de vijvers met klasse 2 wel een (kortstondige) algenbloei optreed en bij de klasse 0 en 4 verontreiniging niet. Ook in het tweede jaar (2004) is de algendichtheid het hoogst in de vijvers met klasse 2-verontreiniging. Dit heeft echter gedurende de looptijd van het onderzoek niet tot significante verschillen in de macrofauna samenstelling geleid. 

Conclusies en discussie

De belangrijkste conclusie van dit verkennende experiment is dat waterbodemverontreiniging niet noodzakelijkerwijs een beperking is voor het bereiken van helder, plantenrijk water. Deze toestand werd in alle vijvers - ongeacht de verontreinigingsgraad ­ bereikt. Dat deze toestand niet in het veld gevonden wordt, ligt waarschijnlijk aan de specifieke experimentele condities. In de vijvers is de windwerking sterk verminderd en er is geen vis geïntroduceerd, waardoor opwoeling van bodemmateriaal nauwelijks plaatsvindt en het water helder wordt. Dit vermoeden kan worden bevestigd met waarnemingen in het veld. In het Ilperveld leidde het plaatsen van schotten en daardoor het verminderen van opwoeling ook tot helder water met waterplanten boven een klasse 4-waterbodem 9).

 De tweede conclusie is dat de doelstelling 'helder, plantenrijk water', die voor dit onderzoek was geformuleerd op basis van het WHP-2 van de Provincie Noord-Holland, waarschijnlijk haalbaar is boven een verontreinigde waterbodem, maar dat het halen van een specifiekere, meer uitgewerkt geformuleerde doelstelling, zoals een 'goede of potentieel goede ecologische toestand' volgens de Kaderrichtlijn Water mogelijk lastiger is. In dit experiment lijkt het namelijk aannemelijk dat de waterbodemverontreiniging wel effect heeft op de structuur van de levensgemeenschap  (ontbreken van slakken). Dit is een van de parameters waaraan de ecologische status volgens de KRW moet worden afgemeten 10).

 De derde conclusie is dat het niet eenvoudig is om de daadwerkelijke ecologische effecten van waterbodemverontreiniging in de veldsituatie te voorspellen. Het voorspellen van de ecotoxicologische effecten in de waterkolom op zich is al moeilijk, omdat rekening gehouden moet worden met factoren als de beschikbaarheid van verontreinigingen, de uitwisseling tussen poriewater en de waterkolom en de vertaling van effecten op soorten naar effecten op de levensgemeenschap. Dit verkennende experiment maakt wederom duidelijk dat naast de verontreiniging ook andere factoren bepalend zijn voor de ecologische ontwikkeling, zoals in dit geval (het ontbreken van) op woeling door wind en vis en het organische stofgehalte van de waterbodem.

 Aanbeveling

Voor het bereiken van de ecologische doelen van de KRW is het essentieel om inzicht te krijgen in het relatieve belang van verontreiniging en andere factoren, om zo, waar nodig, effectieve maatregelen te kunnen nemen. Hier is nog te weinig fundamentele kennis over beschikbaar. Dit is een van de hoofdconclusies van het Europese sedimentnetwerk SedNet 10).  

De in dit onderzoek gebruikte experimentele vijvers lenen zich goed om deze ontbrekende kennis te kunnen aanvullen. Het enorme voordeel van deze vijvers is namelijk dat daarmee gecontroleerd en meer veldrealistisch onderzoek uitgevoerd kan worden dan via laboratoriumonderzoek. Naast de verontreinigingsgraad kunnen ook andere factoren die van invloed zijn op de ecologische ontwikkeling, zoals windwerking, effecten van bodemwoelende vis, stroming en oevervorm onderzocht worden. Pas wanneer voldoende kennis beschikbaar is, kan de vraag wat de meest kosteneffectieve maatregelen zijn om de ecologische doelstellingen te bereiken, beantwoord worden. 

LITERATUUR

1)       Provinciaal waterhuishoudingsplan,  Stilstaan bij Stromen, 1998.

2)       Witteveen+Bos (2000). Waterbodemverontreiniging en de haalbaarheid van ecologische streefbeelden, fase 1: brede oriëntatie op de problematiek. link

3)       Kamerling G., G. Cornelissen en N. de Rooy (2005). Normen voor waterbodems en baggerspecie zijn onjuist. H2O nr. 19, pag. 41-43

4)       Directive 2000/60/EC of the European Parliament and the Council of 23 October 2000 establishing a framework for community action in the field of water policy (Water Framework Directive). Official Journal of the EC, L327.

5)       Slijkerman D., E. Foekema, H. van Dokkum en R. Kampf (2003). Verkennend experiment voor het STW-voorstel 'warerbodemverontreiniging en de haalbaarheid van ecologische streefbeelden'. TNO. Rapport R2003/380. link

6)       Slijkerman D., R. Kampf, E. Foekema en H. van Dokkum (2005). Waterbodemverontreiniging en de haalbaarheid van ecologische streefbeelden. Experimenten 2004 en conclusies. TNO. Rapport R2005/I90. link

7)       Morley N., M. Crane en J. Lewis (2003). Cadmium toxicity and snail-digenean interacrions in a population of Lymnaea spp. J. Helmintho nr. 1, pag. 49-55.

8)       Pyatt A., F. Pyatt en V. Pentreath [zooz). Lead toxicity, locomotion and feedin in the freshwater mail, Lymnaea stanalis (L.) Invert Neurosci. nr. 3, pag. 135-40.

9)       Dokkum H. van, D. van der Veen en R. Kampf (2000). Monitoring proefsloten Ilperveld. Resultaten 1999 en conclusies. TNO. Rapport R2000/122.

10)   Salomons W. en J. Brils (eds) (20004). Contaminated sediments in European river basins. SedNet booklet as final  report for the EC FP5 thematic network project SedNet. www.sednet.org/