Het inschatten van de koolstofimpact van beheermaatregelen in graslanden

Graslanden in België zijn halfnatuurlijke ecosystemen. Zonder menselijke ingrepen of een grote hoeveelheid aan natuurlijke grazers kunnen ze zichzelf niet in stand houden en evolueren ze tot de climaxvegetatie in België, namelijk bos. Graslanden worden in stand gehouden door frequent te maaien en/of door begrazing. Doordat deze beheermaatregelen de bovengrondse biomassa regelmatig verwijderen, hebben graslanden een geringe permanente bovengrondse koolstofvoorraad. Ze hebben echter een hoge potentie om koolstof op te slaan in de bodem en kunnen daardoor een belangrijke rol spelen in het mitigeren van klimaatverandering. Voornamelijk in permanente graslanden, waar geen bodemverstoring plaatsvindt, kan de ondergrondse koolstofvoorraad hoog oplopen. De bodem koolstofvoorraad in deze graslanden kan zelfs even groot zijn als de voorraad in een bosbodem (zonder strooisellaag). In onderstaande tabellen zijn de koolstofvoorraden per graslandtype terug te vinden voor respectievelijk Vlaanderen en Nederland.

Gemiddelde koolstofvoorraad (t per ha) in de bovenste 100 cm per graslandtype (natura 2000 habitattypes) en bodemtype (WRB RSG). Gemeten in Vlaanderen

Gemiddelde koolstofvoorraad (ton/ha) in verschillende graslandtypes in Nederland op een diepte van 0 – 30 cm (inclusief strooisel). Bron: Lesschen et al. 2012

Impact van graslandlandbeheer op koolstofopslag

Naast het bodemtype en de drainageklasse wordt de koolstofopslag in graslanden bepaald door de ondergrondse en bovengrondse biomassaproductie, soortensamenstelling, soortenrijkdom en het beheer. Hieronder wordt de impact dat maaien en begrazen op de koolstofopslag hebben besproken. Verder wordt ook de impact van graslandherstel (gericht op de biodiversiteit) op de koolstofopslag besproken.

Tot op heden is er weinig wetenschappelijk onderzoek gebeurd omtrent de invloed van beheermaatregelen op koolstofopslag in graslanden in natuurbeheer. Er is echter wel veel onderzoek gedaan naar de effecten van maaien, begrazing, bemesting en scheuren op koolstofopslag in landbouwgraslanden. Deze studies komen tot enkele conclusies die als hypotheses voor de verwachte effecten in halfnatuurlijke graslanden gesteld kunnen worden.

Over het algemeen tonen cultuurgraslandstudies aan dat begrazing tot een hogere koolstofopslag leidt dan maaien. Bij maaien wordt de bovengrondse biomassa afgevoerd waardoor een groot deel van de koolstof verloren gaat. Bij begrazing komt een deel van de koolstof via mest terug in de bodem terecht én de planten hebben een uitgebreider wortelgestel en vormen een betere stoppel. Het aantal grazers en de maaifrequentie hebben ook een effect. Overbegrazing leidt tot een kleinere investering in het wortelgestel en frequent maaien kan de graszode uitputten. Beiden leiden tot verminderde koolstofopslag. Bij te extensief beheer (geen bemesting en lage maaifrequentie) vermindert de biomassaproductie. Verscheidene studies constateerden dat een matig intensief beheer de hoogste koolstofopslag kent. Een Nederlandse studie vond dat zowel bij begrazen als maaien een N-gift van 250 kg/ha/jaar optimaal is voor koolstofopslag in cultuurgraslanden.

Er lijkt ook een interactie te zijn tussen de bodemtextuur en het gevoerde beheer. Hieronder gaan we dieper in op twee studies die het effect van maaien en begrazen hebben bestudeerd en bodemtextuur mee in rekening hebben gebracht.

De eerste studie is een meta-analyse die het effect van begrazing in gematigde en subtropische graslanden heeft bestudeerd. Zij vonden dat extensieve begrazing een positief effect heeft op de opslag van bodemorganische koolstof in de bodem en een gemiddelde of hoge begrazingsintensiteit een negatief effect heeft in graslanden gedomineerd door C3 grassen i.p.v. C4 grassen (wat het geval is in België). Verder constateerden zij dat in graslanden in regio’s met een gemiddelde jaarlijkse neerslag hoger dan 600 mm (Vlaanderen heeft gemiddeld 780 mm) en op bodems met een hoger kleigehalte, begrazing vaak een negatief effect had op de opslag van bodemorganische koolstof. Bij graslanden met een grovere textuur, zoals zandgronden, vindt een omgekeerd effect plaats.

Een Vlaamse studie die wel plaatsvond in halfnatuurlijke graslanden heeft ook de afweging gemaakt tussen het effect van maaien en begrazen, rekening houdend met de bodemtextuur. Zij vonden op kleibodems een hogere koolstofvoorraad wanneer er gemaaid werd dan wanneer er begraasd werd. Op leembodems vonden zij geen significant verschil en op zandbodems vonden ze het omgekeerde effect. In de tabel hieronder vindt u de koolstofvoorraden per graslandbeheer en bodemtextuur gemeten tot op 60 cm uit deze studie. De resultaten kunnen deels te wijten zijn aan de proefopzet van de studie. Alle gemaaide graslanden op kleigrond betroffen natte percelen waardoor het mineralisatieproces trager verliep en de begraasde graslanden betroffen zowel natte als droge percelen.

Beide studies tonen aan dat er mogelijks een interactie is tussen bodemtextuur en beheer waarbij de koolstofopslag baat heeft bij maaien op kleigrond en bij begrazen op zandgrond. Er is echter meer onderzoek nodig naar koolstofopslag in halfnatuurlijke graslanden waarbij deze verschillende variabelen in rekening genomen worden om deze conclusies te staven. In natuurbeheer wordt er ook vaak gemaaid met nabegrazing, wat het extra moeilijk maakt om algemene conclusies te maken. Wij zijn er ons ook van bewust dat niet alle graslandtypes kunnen gemaaid of begraasd worden om ecologische redenen. Dit rapport toont aan dat er mogelijks een interactie is, wat kan leiden tot een hogere koolstofopslag. De afweging of dit haalbaar is om biodiversiteitsredenen moet nog gemaakt worden.

Door de verhoogde interesse in ecosysteemdiensten zijn er nu echter wel verschillende studies bezig over de invloed van beheermaatregelen op halfnatuurlijke graslanden, zoals het vervolgproject van HerBioGras van de hogeschool Gent. Zij gaan onder andere het effect van maaifrequentie op de koolstofopslag meten in halfnatuurlijke graslanden. Zij verwachten dat 2x maaien per jaar resulteert in hogere koolstofopslag dan 3x maaien per jaar

Bodemorganische koolstofstocks (t C /ha) in half natuurlijk grasland (0 - 60 cm) bij verschillend beheer en bodemtextuur.
Dezelfde letter in de kolom betekent geen significant verschillen tussen grazen, maaien en grazen + maaien. Bron: Mestdagh et al. 2006

Herstel van soortenrijke graslanden

Klimaatverandering en het verlies aan biodiversiteit zijn de twee grootste uitdagingen van de 21ste eeuw. Door het herstellen van soortenrijke graslanden kunnen deze twee problemen simultaan aangepakt worden. Er zijn verscheidene studies die aantonen dat de koolstofvoorraad in graslanden met een hogere biodiversiteit hoger is en sneller toeneemt dan in minder biodiverse graslanden. Het herstellen van de biodiversiteit kan dus de koolstofopslag verhogen én komt de biodiversiteit ten goede. Zoals hierboven vermeld heeft de onder- en bovengrondse biomassaproductie ook een invloed op de bodem koolstofvoorraad. Schraalgraslanden (fase 5) herbergen een hoge biodiversiteit, maar hebben een geringe bovengrondse biomassaproductie (ca. 5 ton droge stof per ha). Dit kan resulteren in een lagere jaarlijkse sequestratie dan graslanden in fase 3 of 4. De koolstofvoorraad in een schraalgrasland kan hoger zijn, maar dit kan te wijten zijn aan het feit dat hier mogelijks voor een langere tijd geen bodemverstoringen hebben plaatsgevonden. Om dit te onderzoeken zou de jaarlijkse toename van koolstof in deze graslandfases onderzocht moeten worden en niet enkel de koolstofvoorraad.
Naast het aantal soorten, is ook de soortensamenstelling van belang. Meerdere studies hebben aangetoond dat vlinderbloemigen de koolstofvoorraad in de bodem nog extra kunnen helpen toenemen. De positieve effecten van biodiversiteit worden daardoor voornamelijk toegeschreven aan het nichecomplementariteitseffect. Dit houdt in dat verschillende soorten verschillende niches invullen in het ecosysteem waarbij ze elk optimaal gebruik proberen te maken van de omstandigheden. Algemeen heeft dit een positieve invloed op de boven- en ondergrondse biomassaproductie, de microbiële activiteit
Hieronder worden de resultaten van enkele studies die de relatie tussen biodiversiteit in halfnatuurlijke graslanden en koolstofopslag hebben onderzocht kort besproken. Een samenvatting van deze resultaten kan u vinden in onderstaande tabel. Voor uitgebreide informatie over het herstel van graslanden verwijzen wij graag naar het HERBIOGRAS project van de Hogeschool Gent. Daarin hebben zij verschillende methodes van graslandherstel met elkaar vergeleken.

Studies

Een studie, uitgevoerd in het Verenigd Koninkrijk in een grasland gedomineerd door Engels raaigras en kamgras, heeft de biodiversiteit ervan hersteld door het stopzetten van bemesting en het inzaaien van graslandsoorten (knolboterbloem, gewone rolklaver, bevertjes en bosooievaarsbek). Het grasland werd in de herfst en de lente begraasd. Het stopzetten van het bemestingsregime verhoogde de soortendiversiteit en de accumulatie van koolstof in de bodem. Het inzaaien van soorten alleen verhoogde de soortendiversiteit, maar had geen effect op de koolstofaccumulatie. De hoogste koolstofopslag werd bekomen door het stopzetten van bemesting, gecombineerd met het inzaaien van graslandsoorten én het inzaaien van de vlinderbloemige ‘Rode klaver’ (zie tabel 5). Een andere studie, uitgevoerd in Minnesota (Amerika), vond gelijkaardige resultaten waarbij ze een hogere koolstofopslag vonden in graslanden met een hogere diversiteit en de aanwezigheid van vlinderbloemigen. Twaalf jaar na graslandherstel op een gedegradeerde akker hadden de graslanden met zestien soorten (mix van grassen, kruiden en vlinderbloemigen) gemiddeld 500% meer koolstof en 600% meer stikstof in de bodem (gemeten tot 1 m) dan de monocultuur graslanden (zie tabel 5). De hogere koolstofopslag beperkte zich tot de bovenste 60 cm.
Maar ook zonder de aanwezigheid van vlinderbloemigen heeft de biodiversiteit een positieve invloed op de koolstofopslag. Een Nederlandse studie heeft bewust geen vlinderbloemigen ingezaaid om dit te onderzoeken. Elf jaar na het herstellen van een akkerland constateerden zij dat de koolstofvoorraad 18% hoger was in plots met acht soorten dan in plots met één soort. Ook de biomassaproductie lag hoger. Deze studie toont dus aan dat een hogere biodiversiteit ook resulteert in een hogere koolstofvoorraad zonder vlinderbloemigen. Vlinderbloemigen kunnen er echter voor zorgen dat de opslag verder toeneemt, zoals de studie uit het Verenigd Koninkrijk heeft aangetoond.
Het Jena-experiment heeft de effecten van biodiversiteit in graslanden op verschillende ecosysteemprocessen bestudeerd door voormalige akkers om te vormen naar graslanden met 1 – 60 plantensoorten behorende tot vier functionele groepen (grassen, kleine en grote kruidachtigen en vlinderbloemigen). Dit experiment duurde vijftien jaar en vond plaats in Duitsland. Binnen het experiment hebben verschillende onderzoeken plaatsgevonden die zich gefocust hebben op koolstofopslag. Zij constateerden een hogere koolstofopslag in graslanden met een hogere biodiversiteit zijnde 5,48 ton C/ha over een periode van vier jaar. Een ander onderzoek behorende tot het experiment constateerde dat na maaien en wieden eind april de biomassaproductie en koolstofopslag significant hoger lag in plots met zestien soorten dan in plots met vier soorten. De koolstofopslag was 48,5 % en 35,1 % hoger in de plots met zestien soorten in juni en juli respectievelijk. Dit komt overeen met een koolstofopslag van 4,15 en 4,43 g C/m²/dag in juni en juli respectievelijk (tabel 5).

Het herstellen en beschermen van soortenrijke graslanden heeft dus een positieve invloed op koolstofopslag waardoor deze een rol kunnen spelen in de mitigatie van de klimaatverandering. Daarnaast herbergen ze een hoge diversiteit die tal van ecosysteemdiensten leveren. Het herstellen van soortenrijke halfnatuurlijke graslanden hoeft zich niet te beperken tot natuurgebieden. Ook op kleinere schaal kan men de positieve effecten reeds waarnemen! Het loont de moeite om de biodiversiteit van wegbermen, bedrijventerreinen, tuinen, parken en andere grasvlakten te herstellen en zo koolstof vast te leggen en tevens het biodiversiteitsprobleem aan te pakken.

Biomassa voor de bio-industrie

De vraag naar biomassa voor bio-energie zit in een stijgende lijn en het maaisel van graslanden kan hier een belangrijke rol in spelen. Tot op heden wordt het maaisel van halfnatuurlijke graslanden vaak niet benut terwijl het geschikt is voor de bio-industrie of als veevoeder. In sommige gevallen wordt het gecomposteerd, wat een goede zaak kan zijn indien de compost ook effectief wordt toegediend aan een bodem. Maar in veel gevallen blijft het maaisel ergens in een hoekje in een natuurgebied of in een loods liggen. Op vlak van broeikasgasemissies is dit absoluut te vermijden. Een stapel gemaaid gras is een bron van stikstofdioxide (N2O) en moet dan ook te allen tijde vermeden worden! Het inzetten van het maaisel als compost, als biobrandstof of als grondstof voor de bio-industrie vermijdt de emissies van N2O en zorgt bovendien voor een hogere C voorraad in de bodem die de compost ontvangt, of voor substitutie van niet hernieuwbare C intensieve grondstoffen.
Om de Europese doelstellingen van 2020 inzake de hernieuwbare energierichtlijnen te behalen zal de vraag stijgen van 5.7 exajoules (EJ) in 2012 naar 10 EJ in 2020. Om aan deze vraag te voldoen zal naar schatting 13.1 miljoen hectare (Mha) land nodig zijn om de nodige biomassa voor deze bio-energie te produceren. Momenteel worden bio-energie gewassen vaak geteeld op productieve gronden waardoor deze niet meer benut kunnen worden voor landbouw of veeteelt. Om deze reden wordt het gebruik van bio-energie vaak bekritiseerd. Een bijkomende bezorgdheid is dat de landgebruiksverandering, geassocieerd met het telen van deze gewassen, een hoge CO2-emissie zal teweegbrengen in de eerste jaren die pas na tien jaar zullen gecompenseerd worden door de toepassing van de bio-energie. Er is echter positiever nieuws op komst in de volgende paragraaf.
Verscheidene studies hebben het potentieel van biomassa uit halfnatuurlijke graslanden en andere low-input high-diversity ecosystemen zoals heide bestudeerd. Een studie heeft berekend dat Europa ongeveer 7.5 miljoen hectare aan Natura 2000 gebieden telt (uitgezonderd bos). Dit is goed voor jaarlijks 12.7 – 14 megaton (Mton) oogstbaar droog organisch materiaal. Dit is voldoende om 3.8 miljoen huishoudens in Europa te verwarmen (IFBB technologie ). Aangezien graslanden de meeste bovengrondse biomassa leveren van alle low-input high-diversity ecosystemen zijn deze zeer geschikt. De conversie van deze biomassa tot bio-energie zal geen geschikt land voor landbouw en veeteelt benutten waardoor er naar schatting 12.5 Tg CO2-equivalente broeikasgasgasemissies en 1.2 tot 2.8 miljoen hectare indirecte landgebruiksverandering kan vermeden worden. Dit is een extra motief om onze graslanden opnieuw op een extensieve manier te beheren. Veel van deze ecosystemen vinden trouwens hun oorsprong in een traditioneel, extensief landbouwgebruik en zijn afhankelijk van menselijke ingrepen zoals maaien om ze in stand te houden. De intensifiëring van deze traditionele landbouwpraktijken zorgde en zorgt voor een immens verlies aan biodiversiteit over heel Europa.

Algemene conclusies voor koolstofvriendelijk graslandbeheer

1. Begrazing leidt vaker tot een hogere koolstofopslag in graslanden met een grove bodemtextuur (zand) dan in graslanden met een fijne bodemtextuur (klei). Meer onderzoek is nodig om deze conclusie te staven.
2. Een hogere soortendiversiteit resulteert in een hogere koolstofopslag.
3. De aanwezigheid van vlinderbloemigen heeft een positief effect op de koolstofopslag.
4. De maaisel duurzaam benutten kan voor een hoge klimaatwinst zorgen.