“Als je een ander op een fout wilt wijzen, moet je eerst kijken van welke kant hij de zaak bekijkt. Want van zijn kant heeft hij meestal wel gelijk, dat kun je best toegeven, als hij er maar bij zegt van wèlke kant hij gelijk heeft. Dan is hij blij dat hij dat hij niet helemaal fout zit, en dan wil hij de andere kanten ook leren kennen. Dan wordt hij niet boos, want hij vindt het heel gewoon dat een mens niet álles kan weten. Bovendien wordt hij sneller overtuigd van iets wat hij zèlf heeft ontdekt, dan wat iets wat een ander hem vertelt.” (B. Pascal, 1669)
Zo gemakkelijk kan het zijn volgens de beroemde Franse wis- en natuurkundige, christelijk filosoof, theoloog en apologeet. Het klinkt allemaal nogal Blasé (what’s in a name?), maar het is eigenlijk, zoals ik hieronder hoop aan te tonen, helemaal geen verkeerde aanzet voor een algehele wetenschaps-beschouwing.
Al eerder ben ik ingegaan op de theorie van Thomas Kuhn (zie link) waarin hij vertrouwt op een wetenschappelijke consensus, om wetenschappelijke vooruitgang voort te stuwen. Het lijkt me een onwaarschijnlijk model, ook al omdat wetenschappelijke consensus, we weten het sinds de broeikas-theorie een onwaarschijnlijk succes-verhaal werd, vooral wordt aangedreven door subsidies en carrière mogelijkheden.
Daarna heb ik natuurlijk ook nog een lans gebroken voor de oude theorie van de Lex Parsimoniae (wet van de spaarzaamheid), die vooral als “Occam’s razor” bekend werd (zie link) . Het zou logisch zijn om voor de meest eenvoudige theorie met de minste aannames te kiezen, wanneer er meerdere theorieën zijn die een bepaald verschijnsel verklaren.
Maar ja, hoe overtuigend is dat? Soms zijn feiten moeilijker te verklaren dan het zich laat aanzien.
Newton is natuurlijk een wetenschappelijke geweldenaar, maar naar het zich laat aanzien was de complexe theorie over de zwaartekracht van Einstein toch echt veel succesvoller dan die van Newton. Maar wanneer de Lex Parsimoniae de geaccepteerde wetenschaps-filosofie zou zijn, was de acceptatie van Einstein’s theorie kansloos geweest.
In de vorige blog ben ik ingegaan op de stikstof-theorie zoals deze in Wageningen wordt onderwezen en ik vrees dat Occam weinig heel had gelaten over mijn uitgebreide weerlegging hiervan. Hoe moeilijk kan het zijn?
Goed, ik ben het wel vaker niet eens met mijn eerdere inzichten (zie link).
En volgens mij is dat ook zeker geen schande. Een mens kan niet álles weten. Er zijn zaken die pas doordringen als jezelf iets ontdekt wat strijdig is met eerdere overtuigingen, zoals Pascal al wist.
En volgens mij is dat een onbekend gebied wat de wetenschapsfilosofie zou behoren te ontginnen. Wat maakt de ene theorie meer waar dan de andere?
Zowel Popper als diens gezworen tegenstander Kuhn, staan uitgebreid stil bij de ontdekkingen van Einstein. Misschien wel logisch omdat hij een van de weinige wetenschappers is geweest die een eeuwenoude onwrikbare wetenschappelijke theorie (zwaartekracht), binnen enkele decennia heeft verdrongen. Hoe heeft hij dat voor elkaar gekregen?
De ene (Popper) geeft aan dat het dan gaat over de verifieerbaarheid van diens denken. De ander verklaart zijn succes door de aanhang die zijn theorie in korte tijd heeft gekregen (Kuhn). De wetenschappelijke consensus bewoog naar Einstein en dat maakte dat zijn zwaartekracht-theorie, de theorie van Newton, in korte tijd, tot ‘klassieke vergissing’ promoveerde.
Ik denk dat beiden zich vergissen. Ik denk dat alleen het feit dat Einstein’s theorie een aantal feitelijke waarnemingen, die onoplosbaar tegenstrijdig waren met Newton’s wetten, kon verklaren, verantwoordelijk is voor het succes van Einstein’s theorie. Dan gaat het over exotische zaken als de verschuiving van het perihelium van Mercurius (het punt van zijn omloop dat zich het dichtst bij de zon bevindt) en de afbuiging van lichtstralen in een zwaartekrachtsveld. Of zoals de website van JVS-Descartes (zie link) beschrijft:
“Als je een resultaat hebt dat experimenteel werd aangetoond en dit resultaat wordt geverifieerd en daarna nogmaals gecheckt, dan zal deze theorie later nooit als fout bestempeld worden. Wat wél gevonden kan worden, is een dieper begrip van de wereld. De oude theorie wordt niet geschrapt, maar wordt ingesloten in de nieuwe theorie. Bij het invullen van lage snelheden en lage zwaartekracht in de vergelijkingen van Einstein, komt men gewoon uit bij de vergelijkingen die Newton 300 jaar eerder had geformuleerd.”
Het is een mooi voorbeeld daarvoor dat de Lex Parsimoniae in ieder geval niet altijd opgaat. Maar dat hier weer andere criteria gelden. “De oude theorie wordt niet geschrapt, maar wordt ingesloten in de nieuwe theorie”. En dan ligt het er dus maar aan van welke kant je het bekijkt, als je het ‘overkoepelende plaatje’ mist.
Stikstof
Om een kleine samenvatting van de stikstofproblematiek te vinden is de website van de Wageningse Universiteit (WUR) natuurlijk een logische ingang. In een poging om het ook voor leken nog wat begrijpelijk te houden lezen we:
De stikstof-theorie
“Stikstofdioxiden en ammoniak komen neer op natuurterreinen waar ze de voedselrijkdom verhogen en bijdragen aan de bodemverzuring. Hierdoor ontstaat onbalans in voedingsstoffen, waaronder een tekort aan calcium, kalium en magnesium en een overschot aan stikstof. Planten die niet zoveel stikstof kunnen verwerken verdwijnen. Planten die goed gedijen op stikstofrijke gronden, zoals gras en brandnetels, krijgen de overhand. Daardoor neemt de diversiteit aan plantensoorten af en treden ook effecten op in de vogelstand en andere fauna.”
Stikstofdepositie is volgens de WUR dus de oorzaak voor de teloorgang van natuurgebieden omdat hierdoor zowel een overmaat aan voedingsstoffen, als ook ‘verzuring van de bodem’ wordt veroorzaakt.
Natuurlijk is dat eigenlijk wel vreemd, omdat de belangrijkste stikstofbron, ammoniak, helemaal geen zuur is maar een base. Volgens de overkoepelende studie uit 1995: “Ammoniak: de feiten” (IKC, RIVM en VROM) is dat echter helemaal niet raar:
“Chemisch gezien is het geen zuur maar een base. Dat ammoniak toch bijdraagt aan de verzuring van de bodem, komt omdat het in de bodem kan worden omgezet in nitraat. Als gevolg van die omzetting neemt de bodemverzuring toe.”
En dat heeft grote gevolgen:
Het is een stelling waar de Amerikaanse wetenschappers destijds wel even hard om moesten lachen (zie link).
Maar sinds 1995 staat het toch maar fier in vrijwel alle publicaties over de gevaren van ammoniak in het bijzonder.
De andere kant
Vermesting en verzuring lijkt een twee-eenheid. Nadat jaren is gedacht dat de zure regen zorgde voor de aantoonbare verzuring van de Nederlandse natuurgebieden, begon halverwege jaren negentig (toen de ‘zure regen-hypothese’ niet langer houdbaar was), een omslag. De stikstofdepositie, die volgens de wetenschappers destijds, in Nederland enorm hoog zou zijn (“de stikstof-deken”), zou dus zorgen voor verzuring. (het valt gelukkig nogal mee, zie link)
Maar: geen rook zonder vuur. Het klopt natuurlijk ook nog. Nitrificatie zorgt voor verzuring; maar wat meestal wordt verzwegen: het geproduceerde nitraat kan ook weer omgezet worden in atmosferische stikstof (de-nitrificatie) en dat zorgt weer voor een opname van dezelfde hoeveelheid eerder geproduceerde zuur-ionen. (zie ook link)
Bovendien is het misschien toch ook te weinig van het goede. De totale hoeveelheid stikstof-neerslag is zo ongeveer 20 kilogram per hectare. Vervolgens nemen we aan dat een deel daarvan (ook nog met aftrek van afspoelingsverliezen en verdamping) wordt omgezet in nitraat, maar daarvan wordt dus weer een deel omgezet in atmosferische stikstof. Hoeveel zuur houden we dan effectief over? Kan dat werkelijk zorgen voor een verzuring van de bodem?
Wanneer we aannemen dat ieder ammoniakmolecuul inderdaad een potentiële ‘verzuurder’ zou zijn, hoe zit het dan met de netto aanvoer van gemiddeld 532 kg stikstof per hectare in het stroomgebied van de Hupselse beek; dat is omgerekend 38.000 mol reactief stikstof per hectare. Het is onmogelijk dat die hoeveelheid omgezet zou kunnen worden in potentieel zuur, omdat er dan na enkele jaren geen grassprietje meer zou kunnen groeien in het gebied.
In mijn vorige bijdrage heb ik de theorie uiteengezet dat stikstofminnende planten in natuurlijke omstandigheden (dus zonder de enorme hoeveelheden mest binnen een agrarisch bedrijf) er op een bijzondere manier ervoor zorgen dat er voldoende stikstof in de bodem blijft zitten. Door het tegengaan van stikstofverliezen.
Bij denitrificatie kan het immers om de afbraak van enorme hoeveelheden nitraat gaan. In het voorbeeld van de ‘Hupselse beek’ heeft het RIVM verliezen gemeten die lagen tussen de 43 en 212 kilogram per jaar! (zie link)
En ja, dat is niet vergelijkbaar met ‘natuurlijke omstandigheden’, er is dan geen bemesting en dan heb je natuurlijk een andere uitgangsituatie. Maar dan wordt wel voorbij gegaan aan het naleverend vermogen van een bodem (zie link). Voor dit op tot zandgronden is dat al 96 kg/ha/jaar, voor veengronden loop dit op naar 228 kg reactief stikstof per hectare per jaar.
Dit proces kan echter worden geremd door verzuring. Bij een pH lager dan 5 is er geen denitrificatie meer. Het is dan wat mij betreft geen toeval dat het in de winter afstervend gras, flinke hoeveelheden koolhydraten bevat, wat door bacteriën en schimmels weer wordt omgezet in melkzuur.
Graslanden die niet worden gemaaid verzuren dus inderdaad.
Ik wil dit graag illustreren met wat berekeningen:
Het gehalte koolhydraten (wat kan worden omgezet in melk- of boterzuur) in gras varieert, maar ligt over het algemeen tussen de 10 en 20% van het drogestofgehalte volgens Gemini.
Per hectare grasland kunnen we rekenen op minimaal 2500 kg droge stof per ha per maaibeurt, dus dan hebben we het over minimaal 250 kg koolhydraten per hectare, ofwel omgerekend naar glucose (de meest elementaire vorm) 180 gram/mol, ongeveer 1390 mol, die als volgt wordt omgezet naar melkzuur:
(glucose) C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₆O₃ (melkzuur)
Dat is dus (minimaal) 2780 mol melkzuur per hectare, maar het kan dus ook wel 5560 mol per hectare zijn.
Hier tegenover staat dat de depositie van stikstof in 2022, gemiddeld over Nederland 1.375 mol stikstof per ha (mol N/ha) bedroeg. Ammoniak (75% hiervan) kan dus, onder zure omstandigheden worden omgezet in ammonium (opname van één waterstof-ion, het is een base), en ammonium kan door het nitrificatie-proces weer worden omgezet in nitraat, waarbij twee waterstof-ionen vrijkomen:
NH4 + O2 –> NO3– + H2O + 2 H+
Netto komt dan dus maximaal 1 H+ -ion vrij. Denitrificatie compenseert dit meer dan volledig via:
2 NO3− + 10e− + 2 H+ + 10 {H} → N2 + 6 H2O
Opname dus van twee zuur-ionen.
Lang niet alle stikstofdepositie gaat langs deze weg, maar het verzurende effect van stikstof-depositie staat dus helemaal niet vast. Hooilandbeheer heeft bijvoorbeeld eeuwenlang bewezen dat wanneer gras wordt gemaaid (of afgegraasd), er helemaal geen verzuring optreedt.
Ook wanneer we natuurgebieden aan een streng maairegime onderwerpen dan zien we dat het eigenlijk wel meevalt met de achteruit lopende natuurwaarden, door verzuring, ook zonder mest- of andere toevoegingen (zie o.a. het project ‘future dikes’ of link).
Duidelijk is dat bij de verzuring door niet gemaaid gras sprake is van een veel grotere potentiele verzuring dan van de stikstof-depositie. De these dat de neerslag van reactief stikstof de oorzaak moet zijn van de verzuring van graslanden lijkt me hiermee wel weerlegd.
Het zal de nodige scepsis oproepen. Jarenlange berichtgeving over de schadelijkheid van stikstof maakt dat iedere alternatieve verklaring zal worden gezien als een excuus om niets met de ‘stikstof-deken’ te doen, zoals uit de huidige felle Tweede Kamer discussies over dit onderwerp wel blijkt.
Maar er is een simpele manier om aan te tonen dat de omzetting van suikers naar zure omzettingsproducten zorgt voor een forse verzuring. Wanneer een graskuil wordt aangelegd is er geen enkele toevoeging van een zuur nodig om de verzamelde grassen, in een zuurstofloze omgeving, binnen twee dagen, van een neutrale waarde (pH 6,5) naar een pH van 4,2 of lager te laten dalen.
Er zijn tal van microben die, met een fractie van de opgeslagen koolhydraten, een dergelijk effect weten te bewerkstelligen. In de studie van Ir. G.W. Wieringa en Sj. de Haan (1961) is hierover onder meer de volgende opsomming te vinden:
Bij de verzuring van de bossen waar stikstof ook als belangrijkste oorzaak wordt gezien, lijkt het ook om een natuurlijk proces te gaan. De climaxvegetatie in Nederland is namelijk helemaal geen bos, maar natuurlijke afzettingen laten zien dat dit hoogveen moet zijn (zie link). En dan beweegt een bos, door de aanwezigheid van ‘verzurend strooisel’ van naald-, beuk- en eikenbomen, naar deze climaxvegetatie. Ook dit is dan een natuurlijk proces, wat hoegenaamd helemaal niets met stikstofdepositie heeft uit te staan.
Dat ‘vermesting’ en ‘verzuring’ gezamenlijk voorkomen, wijst in dit geval dus helemaal niet op een causaal proces waarbij stikstof de belangrijkste oorzaak zou zijn voor ‘verzuring’, maar zorgt de verzuring door natuurlijke processen (verzurende afbraak van grassen en lignine van de bladval (strooisel)) voor een blokkering van de stikstof-afbraak (denitrificatie). En dus hogere stikstof-concentraties.
Dat er diverse natuurgebieden in Nederland zijn waar de natuurlijke habitats floreren ondanks veel te hoge kritische depositie waarden (KDW) is een aanvullend bewijs voor deze stelling. Of ook:
“De afname van de hoge Europese emissies van geoxideerd en gereduceerd stikstof sinds eind jaren tachtig van de vorige eeuw (Schoepp et al., 2003) is onvoldoende om depositierisico’s van stikstof in veel gebieden te voorkomen (Galloway et al.,2008; Bobbink et al., 2010).”(zie link)
Aanvullend feitje: nog nooit heeft de afname van stikstofdepositie geleid tot een herstel van de oorspronkelijke natuurwaarden. Gewijzigd beheer dus wél.
We zien dus inderdaad het verschijnsel van oplopende stikstofgehalten en ‘verzuring’. Maar de causale relatie dient te worden omgekeerd. En dan wordt de oude theorie niet geschrapt, maar wordt ingesloten in een nieuwe theorie.
Het zou de stikstofwetenschappers van Nederland (en het StAB, zie link) te denken moeten geven…
