National land use specific reference values: a basis for maximum values in Dutch soil policy

The National Institute for Public Health and the Environment has derived Reference Values for maximum permissible soil pollution. The Netherlands Ministry of Housing, Spatial Planning and the Environment (VROM) used these values as a basis for the maximum values for soil pollution. The ministry set these values down according to a proposal for an update of soil policy and the Soil Protection Act in 2003. Reference values refer to allowed concentrations of pollutants in soil, depending on the land use. The soil concentrations of pollutants with values below these concentrations meet all the requirements. The risks for humans, the ecosystem and agriculture were analyzed as critical factors, with risk thresholds derived for different types of land use, such as playgrounds, gardens, and agricultural and nature areas. Furthermore, an accelerated procedure was used to compile a complete list of reference values in 2006. The RIVM used state-of-the-art knowledge to complete the 'old' knowledge for information on toxicity of substances; figures were used where knowledge gaps occurred. A recommendation for the coming years is to address resulting inconsistencies in the list of reference values.Het RIVM heeft de referentiewaarden afgeleid waarmee het ministerie van VROM de maximaal toelaatbare bodemverontreinigingen onderbouwt (maximale waarden). Het ministerie heeft deze normen ingesteld in lijn met zijn voorstel uit 2003 om het bodembeleid en de Wet bodembescherming te actualiseren. Referentiewaarden zijn concentraties van verontreinigende stoffen in de bodem die, afhankelijk van het bodemgebruik, zijn toegestaan. Onder deze concentraties voldoet de bodem aan alle eisen. Voor verschillende vormen van bodemgebruik, zoals landbouw, kinderspeelplaatsen of industrie, zijn grensgehalten voor risico's bepaald. Dat zijn bijvoorbeeld, afhankelijk van het gebruik, risico's voor de mens, voor het ecosysteem en voor de landbouw. Het RIVM heeft gebruikgemaakt van een versnelde procedure om in 2006 een compleet voorstel van referentiewaarden gereed te hebben. Die snelheid was ingegeven door de werkgroep NOBO (normstelling en bodemkwaliteitsbeoordeling). Deze werkgroep heeft tevens uitgangspunten en beslissingen geformuleerd op basis waarvan het RIVM de referentiewaarden heeft afgeleid. Het RIVM heeft voor zijn onderzoek zo veel mogelijk gebruikgemaakt van de nieuwste kennis en inzichten, voor zover die beschikbaar zijn. Deze informatie is aangevuld met 'oude' kennis over stoffen. Deze combinatie heeft evenwel tot inconsistenties geleid in de afleiding van referentiewaarden. Het RIVM beveelt daarom aan de komende jaren aandacht te besteden aan de inconsistenties en zwakke plekken van de referentiewaarden

The use of upscaling procedures in the application of soil acidification models at different spatial scales

Different soil acidification models have been developed for use on different scales, i.e., NUCSAM for the local scale, RESAM for the regional (national) scale and SMART for the continental scale. This paper focuses on the uncertainties associated with scale transfer by a simpler model description by (i) temporal aggregation of process descriptions, (ii) neglection of processes associated with vertical aggregation of soil layers and (iii) the use of less detailed formulations of processes (process aggregation) and by spatial aggregation of input data. Results obtained for simulations in acid (sandy) soils indicate that (i) temporal aggregation and process aggregation have a limited impact on the long-term (decades) annual response of soil solution chemistry to atmospheric deposition, (ii) vertical aggregation mainly affects predictions of solutes which show a strong concentration gradient with depth and (iii) spatial aggregation hardly affects the average output for a given forest/soil combination. However, ignoring the variability in input parameters, largely affects the frequency distribution of model outputs in a region. Results imply that model simplification is an adequate step in the upscaling of modelling results from a local to a regional scale

Toepassing van drie geintegreerde modellen voor de kringloop van water, assimilaten en nutrienten op het Speulderbos

Large efforts have been dedicated to investigate effects of atmospheric deposition of sulphur and nitrogen on trees and soil at the forest stand level. For this purpose intensive monitoring programs and integrated models of the water, carbon and nutrient cycle have been developed. This report describes an application of the nutrient cycling and soil acidification model NuCSAM and the integrated water, carbon and nutrient cycling models SoilVeg and ForGro to the Speuld site, a Douglas fir stand on a Cambic podzol. This site was monitored between 1987 and 1991. The models were parameterized and calibrated for this site. Simulated soil water contents, soil solution chemistry, foliage biomass and nutrient status and stem growth between 1987 and 1991 were comparable with observations. However, the models showed large differences with respect to quantities that could not be measured, such as transpiration, leaching fluxes, root uptake fluxes and mineralization fluxes. The generality of the integrated models was further tested by an approximate simulation of a site irrigation and fertigation experiment at a nearby Douglas fir stand between 1987 and 1991. The direction and magnitude of simulated effects of irrigation and fertigation on stem growth, litter fall and needle nutrient status were generally right, but the observed enhanced nitrogen mineralization could not be simulated. Simulation of site response to three Dutch deposition scenarios between 1994 and 2050 showed large differences between the three models, particularly for nitrogen cycling and foliage nutrient status. Nevertheless, all models indicate a fast response of soil solution chemistry to changing deposition. Both SoilVeg and ForGro indicate that direct effects of elevated ozone and SOx concentrations in the atmosphere, and effects of pH and the Al concentration in the soil solution are subsidiary to effects of drought and nitrogen. Our understanding of effects of acid atmospheric deposition on forests, which is based on laboratory experiments, short monitoring studies and integrated simulation is inadequate to quantitatively predict the long-term impact of forests on a nationwide scale.De invloed op bossen van de depositie van zwavel en stikstof, ozon en van op grote schaal onderzocht. Hiertoe zijn een aantal intensieve monitoring studies opgezet en werden modellen van de kringloop van water, nutrienten en assimilaten ontwikkeld. Dit rapport beschrijft de toepassing van het bodemverzuringsmodel NuCSAM, en de geintegreerde modellen SoilVeg en ForGro op het Speulderbos, een Douglas-opstand op een holtpodzol. In dit bos werd van 1987 t/m 1991 een uitgebreide meetcampagne uitgevoerd. De gesimuleerde bodemwatergehalten, concentraties van stoffen in het bodemwater, naaldmassa's, stam-aanwas en nutrientenstatus kwamen redelijk goed overeen met de metingen. De modellen vertoonden echter aanzienlijke onderlinge verschillen op het gebied van grootheden welke niet gemeten konden worden, zoals bosverdamping, drainage, nutrientenopname en mineralisatie. Het gedrag van de geintegreerde modellen werd geverifieerd door toepassing van deze modellen op een irrigatie- en fertigatie experiment op een nabij gelegen Douglas opstand. De modellen konden in het algemeen de effecten van irrigatie en fertigatie op de stam-aanwas redelijk goed voorspellen, maar er waren grote verschillen wat betreft de voorspelde nutrienten status en de stikstof-mineralisatie. De modellen werden vervolgens gebruikt voor scenario analyses voor de periode 1994-2050. Ook hier werden grote verschillen tussen de modellen gevonden voor met name de stikstofkringloop en de nutrienten status (met name het N-gehalte in bladeren). Alle modellen voorspelden dat de concentraties van sulfaat en aluminium in de bodemoplossing snel omlaag gaan na een afname van de verzurende depositie, en dat de concentratie van nitraat een aantal jaren hoog blijft na een afname in de stikstofdepositie. Dit laatste wordt veroorzaakt door opslag van een overmaat aan stikstof in de biomassa en het strooisel. Uit de resultaten van de geintegreerde modellen blijkt verder dat de directe effecten van verhoogde SOx en ozon concentraties in de atmosfeer, alsmede de indirecte effecten van een lage pH en hoge aluminium concentratie een minder groot probleem opleveren dan de effecten van droogte en de overmaat aan stikstof. Onze kennis van de effecten van luchtverontreining en zure depositie op bossen is in het algemeen gebaseerd op laboratoriumstudies en korte monitoring studies. Tot dusverre is het bijna onmogelijk om effecten die in het laboratorium gevonden werden te vertalen naar de veldsituatie. Zolang dit het geval is, blijft elke voorspelling en extrapolatie die met geintegreerde modellen gedaan wordt onzeker, zeker als het gaat om de voorspelling van effecten op een landelijke schaal

Toepassing van drie geintegreerde modellen voor de kringloop van water, assimilaten en nutrienten op het Speulderbos

De invloed op bossen van de depositie van zwavel en stikstof, ozon en van op grote schaal onderzocht. Hiertoe zijn een aantal intensieve monitoring studies opgezet en werden modellen van de kringloop van water, nutrienten en assimilaten ontwikkeld. Dit rapport beschrijft de toepassing van het bodemverzuringsmodel NuCSAM, en de geintegreerde modellen SoilVeg en ForGro op het Speulderbos, een Douglas-opstand op een holtpodzol. In dit bos werd van 1987 t/m 1991 een uitgebreide meetcampagne uitgevoerd. De gesimuleerde bodemwatergehalten, concentraties van stoffen in het bodemwater, naaldmassa's, stam-aanwas en nutrientenstatus kwamen redelijk goed overeen met de metingen. De modellen vertoonden echter aanzienlijke onderlinge verschillen op het gebied van grootheden welke niet gemeten konden worden, zoals bosverdamping, drainage, nutrientenopname en mineralisatie. Het gedrag van de geintegreerde modellen werd geverifieerd door toepassing van deze modellen op een irrigatie- en fertigatie experiment op een nabij gelegen Douglas opstand. De modellen konden in het algemeen de effecten van irrigatie en fertigatie op de stam-aanwas redelijk goed voorspellen, maar er waren grote verschillen wat betreft de voorspelde nutrienten status en de stikstof-mineralisatie. De modellen werden vervolgens gebruikt voor scenario analyses voor de periode 1994-2050. Ook hier werden grote verschillen tussen de modellen gevonden voor met name de stikstofkringloop en de nutrienten status (met name het N-gehalte in bladeren). Alle modellen voorspelden dat de concentraties van sulfaat en aluminium in de bodemoplossing snel omlaag gaan na een afname van de verzurende depositie, en dat de concentratie van nitraat een aantal jaren hoog blijft na een afname in de stikstofdepositie. Dit laatste wordt veroorzaakt door opslag van een overmaat aan stikstof in de biomassa en het strooisel. Uit de resultaten van de geintegreerde modellen blijkt verder dat de directe effecten van verhoogde SOx en ozon concentraties in de atmosfeer, alsmede de indirecte effecten van een lage pH en hoge aluminium concentratie een minder groot probleem opleveren dan de effecten van droogte en de overmaat aan stikstof. Onze kennis van de effecten van luchtverontreining en zure depositie op bossen is in het algemeen gebaseerd op laboratoriumstudies en korte monitoring studies. Tot dusverre is het bijna onmogelijk om effecten die in het laboratorium gevonden werden te vertalen naar de veldsituatie. Zolang dit het geval is, blijft elke voorspelling en extrapolatie die met geintegreerde modellen gedaan wordt onzeker, zeker als het gaat om de voorspelling van effecten op een landelijke schaal.Large efforts have been dedicated to investigate effects of atmospheric deposition of sulphur and nitrogen on trees and soil at the forest stand level. For this purpose intensive monitoring programs and integrated models of the water, carbon and nutrient cycle have been developed. This report describes an application of the nutrient cycling and soil acidification model NuCSAM and the integrated water, carbon and nutrient cycling models SoilVeg and ForGro to the Speuld site, a Douglas fir stand on a Cambic podzol. This site was monitored between 1987 and 1991. The models were parameterized and calibrated for this site. Simulated soil water contents, soil solution chemistry, foliage biomass and nutrient status and stem growth between 1987 and 1991 were comparable with observations. However, the models showed large differences with respect to quantities that could not be measured, such as transpiration, leaching fluxes, root uptake fluxes and mineralization fluxes. The generality of the integrated models was further tested by an approximate simulation of a site irrigation and fertigation experiment at a nearby Douglas fir stand between 1987 and 1991. The direction and magnitude of simulated effects of irrigation and fertigation on stem growth, litter fall and needle nutrient status were generally right, but the observed enhanced nitrogen mineralization could not be simulated. Simulation of site response to three Dutch deposition scenarios between 1994 and 2050 showed large differences between the three models, particularly for nitrogen cycling and foliage nutrient status. Nevertheless, all models indicate a fast response of soil solution chemistry to changing deposition. Both SoilVeg and ForGro indicate that direct effects of elevated ozone and SOx concentrations in the atmosphere, and effects of pH and the Al concentration in the soil solution are subsidiary to effects of drought and nitrogen. Our understanding of effects of acid atmospheric deposition on forests, which is based on laboratory experiments, short monitoring studies and integrated simulation is inadequate to quantitatively predict the long-term impact of forests on a nationwide scale.DGM/L