Regelbare drainage met subirrigatie als wateroplossing voor de landbouw

Drainage is in de Nederlandse landbouw heel gebruikelijk: om bijvoorbeeld akkers te kunnen bewerken of te voorkomen dat gewassen te natte voeten krijgen moet vaak water worden afgevoerd. Drainagebuizen in de akker die afwateren op de aangrenzende sloot bieden dan uitkomst. Op die manier water afvoeren doen we in Nederland al decennia. Maar de omstandigheden veranderen. Door klimaatverandering krijgen we zowel te maken met veel zwaardere buien als met terugkerende watertekorten tijdens droogte. Daardoor moeten we op sommige momenten water afvoeren, maar willen we op andere tijdstippen juist water kunnen aanvoeren – vaak juist op momenten dat iedereen om water zit te springen.

Regelbare drainage met subirrigatie

In reactie op dit veranderende probleem zijn in de afgelopen pakweg tien jaar nieuwe ideeën ontwikkeld en uitgevoerd. Een antwoord ligt bijvoorbeeld in een slimmer drainagesysteem, dat meer kan. Als je geperforeerde buizen ondergronds hebt liggen die water kunnen afvoeren, dan kun je die ook gebruiken om water ondergronds toe te voeren, toch? Als je een verzamelleiding en een regelput toevoegt aan je systeem, kun je de grondwaterstand niet alleen verlagen of water vasthouden, maar ook de grondwaterstand verhogen. Door ondergronds water toe te voegen verlies je minder water door directe verdamping. Een deel van het water dat je toevoert komt niet ten goede aan de plant, maar draagt bij aan de aanvulling van het diepere grondwater. Ook op de hoge zandgronden kan subirrigatie via drainagebuizen bijdragen aan de waterbeschikbaarheid voor gewassen. De afbeelding hieronder geeft een aardig beeld van hoe dat werkt.

Een overzicht van ontwikkelingen in drainagesystemen tussen 1950-2020. Agrarische velden startten zonder drainage (I), opgevolgd door aanleg van conventionele drainage (II) en regelbare drainage (III), samengestelde drainage geregeld met een vast mechanisme (IV-1) of online aansturing (IV-2). De meest recente toepassing is samengestelde regelbare drainage met subirrigatie, in combinatie met een vast mechanisme of online aansturing (V).

Veldproeven geven een wetenschappelijke basis

In de afgelopen negen jaar zijn er dan ook diverse veldproeven gedaan met subirrigatie. Het was erg leuk om daarbij betrokken te raken en die ontwikkeling te zien. Vanaf 2015 is in een veldproef in Haaksbergen onderzoek gedaan naar de effecten van subirrigatie op de hoge zandgronden. Daarna volgden verschillende projecten met veldproeven, zoals Boer-Bier-Water, het Programma Lumbricus en het TKI-project KLIMAP met veldproeven in Lieshout (2016), America  (2017-heden) en Stegeren  (2018-2022). Deze veldproeven, verspreid over de hoge zandgronden met verschillende geohydrologische karakteristieken, vormden een belangrijke basis voor toegepast wetenschappelijk onderzoek naar de werking en de effecten van regelbare drainage met subirrigatie, uitgevoerd door onder meer van Gé van den [GS5] [JW6] Eertwegh en Dion van Deijl van KnowH2O en Ruud Bartholomeus en mijzelf, Janine de Wit, van KWR. De ontwikkelingen op het gebied van drainage zijn ook uitgebreid beschreven in dit artikel. En inmiddels zijn zowel de veldmetingen als de resultaten wetenschappelijk gepubliceerd. We hebben in de afgelopen jaren zo veel geleerd over de toepassingsmogelijkheden van regelbare drainage met subirrigatie.

De waterstand in de peilbuizen wordt zowel handmatig gemeten als geautomatiseerd.

De automatische metingen worden ééns in de zoveel tijd ook handmatig gecheckt.

Bodemopbouw en geohydrologie bepalen of regelbare drainage met subirrigatie een positief effect heeft

De belangrijkste conclusie is dat regelbare drainage met subirrigatie positief kan bijdragen aan het vasthouden van water in het bodem-water-systeem en aan het aanvullen van de regionale watervoorraad.

• In het groeiseizoen kan regelbare drainage met subirrigatie voorkomen dat het grondwater te diep wegzakt, zodat gewassen voldoende water krijgen. Als de grondwaterstand voldoende hoog blijft en de wortels diep genoeg wortelen, komt er via subirrigatie meer water beschikbaar voor de planten en nemen de transpiratie (gewasverdamping) en drogestofproductie toe. 
• Uit de veldproeven blijkt wel dat maar een beperkt deel (maximaal 25% in droge jaren) van het aangevoerde water voor subirrigatie ten goede komt aan het gewas. De rest van het water verlaat het perceel via wegzijging naar het diepere grondwater of via afvoer naar een aanliggende sloot – afhankelijk van het peilbeheer en verschillende gebiedskarakteristieken. Er waren verschillen in bodemopbouw en geohydrologische karakteristieken bij de vier veldproeven, en juist ogenschijnlijk kleine verschillen bepalen hoe het effect van subirrigatie op het gewas uitpakt en hoeveel water nodig is om dat effect te bereiken. Bij een hogere weerstand tegen wegzijging, bijvoorbeeld doordat er leemlagen (die voor weerstand zorgen) in de zandige ondergrond liggen, wordt voorkomen dat het geïnfiltreerde water snel wegzakt naar het diepere grondwater. En als het slootpeil hoger wordt gehouden, aangepast aan de hogere grondwaterstand, ontstaat er minder waterverlies naar de sloot. Het is dus belangrijk om het peilbeheer van het oppervlaktewater aan te passen zodat subirrigatie goed kan werken en om te weten of de bodemopbouw en geohydrologische karakteristieken geschikt zijn.

Voor subirrigatie kan veel water nodig zijn. Tijdens de veldproeven wilden we in het groeiseizoen continu een hoog grondwaterniveau handhaven – daarvoor was 500 tot 1000 mm per jaar nodig. Ter vergelijking: dat is 75 tot 150 % van de gemiddelde neerslaghoeveelheid per jaar in Nederland. Uit lopend vervolgonderzoek is intussen al gebleken dat de watervraag met tientallen procenten kan worden verminderd door de wateraanvoer en het sturingsniveau geautomatiseerd te regelen afhankelijk van de actuele vochtcondities in het veld en de weersverwachting.

Denk vooraf na over watervraag, beheer en onderhoud

Naast de geohydrologie en bodemopbouw zijn er nog andere belangrijke factoren die moeten meewegen bij de keuze voor regelbare drainage met subirrigatie:

• Cruciaal is het feit dat de watervraag heel groot kan zijn. Die hangt aan de ene kant af van geohydrologische karakteristieken zoals de weerstand in de bodem en ondiepe grondwaterstanden (< 2,5 m), en wordt aan de andere kant beïnvloed door bijvoorbeeld het slootpeil in winter en zomer en de bewortelingsdiepte van het gewas. Maar hoe dan ook: er moet een geschikte bron zijn voor het leveren van het benodigde water: oppervlaktewater, grondwater of bijvoorbeeld gezuiverd restwater. Voor elke bron geldt dat de kwaliteit van het water erg belangrijk is en niet zondermeer kan worden benut– zo bevatten gezuiverd restwater en oppervlaktewater veelal verontreinigingen.
• Bij de tot nu toe uitgevoerde veldproeven is vaak ‘maximaal’ water aangevoerd. Nu zijn we bezig met vervolgonderzoeken waarmee we in kaart brengen welk effect slimmer water aanvoeren heeft. Kan het wateraanvoerregime in de tijd beter worden afgesteld op de waterbehoefte van het gewas? En is een optimale waterbeschikbaarheid voor een gewas wel altijd nodig, kunnen we niet ook enige droogtestress accepteren om het volume van het aanvoerwater te kunnen beperken? Hoeveel water wil je maximaal aanvoeren en hoeveel droogtestress kun je accepteren? Welk slootpeil kun je handhaven om onnodige verliezen van aangevoerd water te voorkomen? En opnieuw: wat zijn de bodemeigenschappen? Op dit moment schrijf ik met andere onderzoekers samen een wetenschappelijk artikel hierover, waarvan ik de eerste resultaten hier wel kan delen: er kan aanzienlijk worden bespaard op wateraanvoer door actief te sturen op de weersverwachting en te accepteren dat de gewascondities enigszins suboptimaal zullen zijn. We gaan nog verder onderzoek doen naar wat er gebeurt met de watervraag als meerdere agrariërs in een gebied op percelen subirrigatie willen toepassen – is er dan op regionale schaal voldoende water beschikbaar?
• Beheer en onderhoud vormen ook een heel belangrijke succesfactor bij regelbare drainage met subirrigatie. Voor subirrigatie is aanvoer van water nodig, zoals oppervlakte- of grondwater of gezuiverd restwater – bronnen met onderling sterk verschillende samenstellingen. Dat maakt uit voor ontwerp, aanleg en beheer van de drainagesystemen voor subirrigatie: als je geen rekening houdt met de watersamenstelling, kan verstopping van het drainagesysteem ontstaan. Ook daar doen we onderzoek naar, zoals te lezen is in dit rapport.

Een drainagebuis waarin verstopping is ontstaan door het neerslaan van ijzer

Met het onderzoek dragen we bij aan een goede, wetenschappelijke onderbouwing van de werking van regelbare drainage met subirrigatie en onder welke omstandigheden het al dan niet een passende maatregel kan zijn. Aan de hand van deze kennis kunnen waterbeheerders betere afwegingen maken bij het werken aan een meer klimaatrobuust watersysteem.