PhD Graduation

Zowel waarnemingen als modelvoorspellingen tonen aan dat het klimaat wereldwijd verandert. De effecten daarvan op natuurlijke ecosystemen zouden weleens aanzienlijk kunnen zijn. Hierdoor is het de vraag of de huidige natuurdoelen, die voor een deel wettelijk vastgelegd zijn, in het toekomstige klimaat nog wel gehaald kunnen worden.

Om de invloed van milieuveranderingen op de terrestrische vegetatie te voorspellen worden meestal habitatmodellen gebruikt. Met deze modellen kan de toekomstige ruimtelijke verspreiding van de standplaats (habitat) van plantensoorten en vegetatietypen voorspeld worden, welke vervolgens vertaald kunnen worden in kaarten van de potentiële vegetatie. De standplaatsfactoren om habitats te karakteriseren zijn in de huidige modellen echter vaak dusdanig indirect en eenvoudig, dat de relatie met de vegetatie een hoog correlatief gehalte heeft. Hierdoor zijn habitatmodellen waarschijnlijk niet toepasbaar om de effecten van klimaatverandering te voorspellen.

Om dat wel te kunnen doen, moeten we gebruik maken van op processen gebaseerde en klimaatbestendige relaties tussen standplaatsfactoren en vegetatie. Dit proefschrift richt zich op de ontwikkeling van klimaatbestendige relaties tussen bodemvocht en vegetatie. Bodemvocht is één van de belangrijkste standplaatsfactoren die de vegetatiesamenstelling in terrestrische systemen bepalen.

Grondwaterstanden en de hieraan gekoppelde bodemvochtcondities, variëren in de tijd door temporele variaties in meteorologische condities, zowel binnen als tussen jaren. We hebben aangetoond dat te korte meetreeksen resulteren in systematische fouten in de relatie tussen bodemvocht en vegetatie. Hoofdstuk 2 laat zien dat door het harmoniseren van meetreeksen systematische verschillen tussen relaties verdwijnen. De algemene toepasbaarheid van de empirische relaties neemt daardoor toe.

Een overschot aan bodemvocht kan leiden tot zuurstofstress van plantenwortels. Om de invloed van het klimaat op zuurstofstress van plantenwortels te onderzoeken, is een op processen gebaseerd model ontwikkeld. Dit model beschouwt de samenhangende bodemfysische, bodemmicrobiologische en plantfysiologische processen in het bodem-plant-atmosfeer systeem die zuurstofstress bepalen. Hoofdstuk 3 toont aan dat constante grenswaarden van de bodemvochtcondities voor het inschatten van zuurstofstress ongeschikt zijn onder een veranderend klimaat, onder andere omdat het optreden van zuurstofstress sterk afhangt van de bodemtemperatuur. Het nieuwe model kan toegepast worden om grenswaarden voor het optreden van zuurstofstress te berekenen, ook voor toekomstige klimatologische omstandigheden.

Het zuurstofstressmodel is toegepast om een standplaatsfactor voor zuurstofstress te bepalen (Hoofdstuk 4). Deze standplaatsfactor, gedefinieerd als respiratiestress, is een maat voor de natheid van de bodem waaraan de vegetatie is aangepast. Respiratiestress maakt het mogelijk zowel de effecten van extreme neerslag, als van hoge temperaturen te onderzoeken. Het tegelijkertijd optreden van deze condities, wat vaker zal gebeuren onder het toekomstige klimaat, heeft grote invloed op de vegetatie. Huidige maten voor Nederlandse samenvatting ix zuurstofstress, namelijk de gemiddelde voorjaarsgrondwaterstand en cumulatieve overschrijdingswaarden van kritische grondwaterstanden, onderschatten de toekomstige zuurstofstress van plantenwortels. Deze maten houden namelijk geen rekening met cruciale klimaatvariabelen, zoals temperatuur en extreme neerslag. Hierdoor worden op basis van deze indirecte maten systematisch te droge toekomstige vegetaties voorspeld. Behalve zuurstofstress neemt ook waterstress, gedefinieerd als transpiratiestress, toe onder het veranderende klimaat. Veranderende neerslagpatronen, samen met de voorspelde toenames in temperatuur en CO2, blijken de bodemvochtcondities en de vraag van planten naar zuurstof en water dusdanig te beïnvloeden, dat zowel zuurstof- als waterstress heviger worden (Hoofdstuk 5). Bovendien zullen deze stressen vaker beide voorkomen op eenzelfde plaats, wat variabele stresscondities veroorzaakt. Juist deze variabele stresscondities blijken nadelig te zijn voor plantensoorten die momenteel al bedreigd worden. Dit betekent dat door klimaatverandering de toekomst van deze soorten onder druk komt te staan.

Dit proefschrift toont aan dat het gebruik van correlatieve, indirecte relaties tussen standplaatsfactoren en vegetatie in habitatmodellen, afgeraden moet worden. Voorspellingen op basis van zulke modellen moeten op zijn minst zorgvuldig worden geïnterpreteerd. Het effect van klimaatverandering op plantstressen is complex; zowel natte als droge extremen zullen beïnvloed worden en condities die onder het huidige klimaat niet voorkomen, zullen in de toekomst wel optreden. Om deze effecten met habitatmodellen goed te kunnen voorspellen, dienen we kennis te hebben van klimaatafhankelijke processen die de vegetatie direct beïnvloeden. Dit onderzoek draagt bij aan de ontwikkeling van deze kennis.

Promotor: prof.dr.ir. J.P.M. Witte

Co-promotor: prof.dr. M.A.P.A. Aerts