Estimation of net decreases in nitrate concentrations : Sample size required to demonstrate future decreases

Abstract

Op landbouwbedrijven worden regelmatig de concentraties nitraat gemeten om te kijken of die door beleidsmaatregelen afnemen. Het RIVM heeft een methode ontwikkeld om de 'steekproefomvang' te bepalen, die aangeeft aan op hoeveel landbouwbedrijven moet worden gemeten en hoeveel metingen per bedrijf moet worden verricht om zo'n afname te kunnen aantonen. De methode is gebaseerd op een statistisch model dat de nitraatconcentraties en bijbehorende variabelen van twee jaren vergelijkt. Met behulp van deze methode zijn schattingen van de steekproefomvang gepresenteerd gebaseerd op data uit de periode 1992 tot 2008. Het statistische model achter de methode moet zowel realistisch als simpel zijn om aan te kunnen geven wat de kans is om het effect van bepaalde beleidsdoelen waar te nemen, bijvoorbeeld een afname van de nitraatconcentratie met twintig procent. Behalve het percentage afname en de steekproefomvang moeten voor dergelijke scenarioanalyses nog andere berekende parameters in het statistische model worden gespecificeerd. Een voorbeeld daarvan is de mate waarin de meetresultaten op een bedrijf varieren. In 2009 heeft het RIVM al een statistisch model in concept ontwikkeld (Boumans en Fraters). Hierin is aannemelijk gemaakt dat de nitraatconcentraties op landbouwbedrijven tussen 1992 en 2006 zijn gedaald als gevolg van beleidsmaatregelen. Het model is echter te complex om de benodigde steekproefomvang te bepalen om een toekomstige daling aan te tonen. Daarom is een eenvoudiger model ontworpen en gevalideerd, waarmee vervolgens de benodigde steekproefomvang is vastgesteld. Dit model bevestigt overigens de eerdere bevinding van het RIVM dat de nitraatconcentraties gedurende de periode 1992-2006 zijn gedaald door beleidsmaatregels en/of door verandering in de bedrijfsvoering.

Measurements of nitrate concentrations are regularly carried out in Dutch farms to assess the impact of governmental policies aiming to reduce the levels of nitrate. The RIVM has developed a method for determining the 'sampling characteristics', namely the number of farms and the number of measurements per farm, that are required in order to exhibit a future reduction in the levels of nitrate due to the introduction of governmental policies. The method is based on a statistical model that compares nitrate concentrations and related measurements from two different years. Using this method, sampling characteristics have been determined based on data from 1992 to 2008. The underlying statistical model should be realistic and at the same time simple enough to allow the consideration of 'scenarios', or hypothetical situations. Suppose that nitrate levels decrease by 20% as a consequence of a new governmental policy. How many farms and how many measurements per farm are required in order to be able to exhibit such a decrease? Besides the percent of decrease and the sampling characteristics, a scenario includes the specification of certain parameters of the statistical model. One such parameter is the amount of variability in the measurements carried out within a farm. A statistical model describing the changes in nitrate concentrations has recently been proposed by L.J.M. Boumans en B. Fraters in a preliminary RIVM report where it is suggested that the nitrate concentrations in agricultural farms have decreased between 1992 and 2006 as a result of the introduction of governmental policies. However, the model of Boumans and Fraters seems too complicated to allow the determination of sampling characteristics. Thus, although its objective is to provide estimates of sampling characteristics, the best part of the present report is devoted to the problem of setting up, estimating and validating a model to describe changes in nitrate concentrations and which can be used to determine sampling characteristics. As a by-product of this effort, this report supports the overall conclusion of Boumans en Fraters to the effect that nitrate concentrations have decreased during the 1992-2006 period as a result of governmental policies and/or changes in farm management.