Effects of short-term and long-term natural soil warming gradients on plant productivity, carbon and nitrogen stocks of a sub-ar

Hoe zullen subarctische graslanden het klimaat beïnvloeden in de nabije en verre toekomst?

Een korte zoekactie doorheen de actualiteit maakt snel duidelijk dat klimaatverandering een “hot topic” is in de pers, ook in Europa. Van de zorgwekkende herstructureringsplannen van Jean-Claude Juncker, recent verkozen als Voorzitter van de Europese Commissie, tot de weinig ambitieuze Europese doelstellingen om klimaatverandering tegen te gaan. Wekelijks wordt hier plaats aan besteed in kranten en magazines, die de meesten onder ons lezen en nadien weer naast zich neerleggen (letterlijk en figuurlijk). Of deze persaandacht van voorbijgaande aard is en of we binnenkort terugkeren naar weinig ambitieuze actieplannen zal de toekomst uitwijzen. Hoe dan ook, wij gingen reeds aan de slag om uit te zoeken wat het klimaat, en meer bepaald klimaatopwarming, voor ons in petto kan hebben.

Yoggi Berra zei ooit: “In theorie is er geen verschil tussen theorie en praktijk. In praktijk is dit er wel.” Door de experimenten van talrijke wetenschappers ontdekken we hoe klimaatopwarming ons zal beïnvloeden in de nabije toekomst. Wat de impact van deze opwarming echter in de verre toekomst zal zijn, is nog voor het overgrote deel enkel gebaseerd op theorieën. In de subarctische graslanden van Hveragerði (IJsland) heeft de natuur een experiment voor ons ontworpen dat deze theorieën in praktijk kan helpen omzetten. Dankzij geothermische activiteit zijn graslanden er natuurlijk verwarmd. Sommige locaties zijn reeds eeuwen verwarmd en andere pas recent dankzij een aardbeving. Door de graslanden te bestuderen van buiten de verwarmde zone tot in de kern konden we kijken hoe ze veranderden en of ze zich aanpasten aan de opwarming. Door graslanden met verschillende opwarmingsduur te vergelijken konden we nagaan wat het verschil was tussen verhoogde bodemtemperaturen op korte (i.e.:  ~5 jaar) en lange (i.e.: ~3 eeuwen)  termijn.

Waarom kijken naar bodemtemperatuur, plantengroei, koolstof en stikstof?

Hoewel een stijging van de bodemtemperatuur (één van de gevolgen van klimaatverandering) nog niet vaak in de kijker heeft gestaan, speelt dit een cruciale rol in het bepalen of een ecosysteem verdere opwarming – en de hieraan verbonden gevolgen – zal temperen of versterken. We gingen in deze studie na of toenemende bodemtemperatuur een invloed heeft op de groei van planten en of er een verlies is van koolstof (C) en stikstof (N) uit het ecosysteem (o.a. door de afgifte van broeikasgassen uit de bodem). Plantengroei in subarctische graslanden wordt het meest beperkt door de beschikbaarheid van N in de bodem. Koolstof is in grote mate aanwezig in de subarctische bodem onder de vorm van afgestorven en slechts half afgebroken plantenresten en kan uit de bodem vrijkomen onder de vorm van koolstofdioxide (CO2). Dit is een van de belangrijkste en meest besproken broeikasgassen door zijn rol in de opwarming van de aarde en de enorme menselijke invloed op de productie ervan. Een verlies van C en N uit het ecosysteem zou kunnen betekenen dat toenemende bodemtemperatuur een versterkende invloed zal hebben op klimaatverandering in de nabije en/of verre toekomst met alle gevolgen van dien.

Een blik op de nabije toekomst

Ten gevolge van een aardbeving ontstonden in 2008 nieuwe verwarmde graslanden. Deze geven ons een beeld hoe subarctische graslanden er zouden kunnen uitzien na vijf jaar verhoogde bodemtemperaturen. Bij kleine temperatuurverhogingen kwamen de resultaten goed overeen met voorgaande onderzoeken waarbij een toename van de plantengroei werd geobserveerd, die dan zou kunnen compenseren voor een afname van C en N uit de bodem. Verhoogde bodemtemperaturen zorgen namelijk voor verhoogde activiteit van bodemorganismen die dan meer CO2 produceren, waardoor C uit het ecosysteem verloren gaat. Ook zorgt verhoogde activiteit van bodemorganismen voor grotere verliezen van N uit de bodem. Planten kunnen deze extra CO2 en N echter vastleggen in hun biomassa indien plantengroei simultaan gestimuleerd wordt. Bij hogere temperatuurverhogingen van de bodem (+5 °C tot +10 °C) vertoonde de vegetatie echter tekenen van temperatuurstress die zich uitte in een sterk verminderde wortelgroei. Dit ontnam planten de mogelijkheid om het toenemende verlies van C en N uit de bodem te compenseren door verhoogde plantengroei. Voor de nabije toekomst is een opwarming van 5-10 °C gelukkig niet aan de orde, maar tegen het eind van de eeuw zal het subarctische gebied waarschijnlijk wel zoveel zijn opgewarmd. Hoe zouden de graslanden op lange termijn reageren op warmere temperaturen?

Een blik op de verre toekomst

Dankzij een landbouwregister daterend uit het begin van de 18de eeuw vonden we een aantal graslanden die al minstens drie eeuwen lang verwarmd werden. Deze geven ons een beeld hoe subarctische graslanden er kunnen uitzien in de verre toekomst. Het negatieve temperatuureffect op de plantengroei, ervaren door vegetatie in de recent verwarmde graslanden bleek van voorbijgaande aard. Dit suggereert eliminatie van temperatuurgevoelige planten en/of adaptatie van vegetatie aan hogere bodemtemperaturen. Er waren zelfs tekenen van toenemende plantengroei na eeuwenlange bodemverwarming, wat kan verklaren waarom N niet langer verloren ging uit de bodem. Desondanks was de sterkere plantengroei bij de hoogste temperatuurverhogingen niet voldoende om het C-verlies uit de bodem te compenseren: maar liefst 40% van de bodemkoolstof bleek in de atmosfeer terecht te komen bij 10°C opwarming, een opwarming die in het hoge noorden niet onrealistisch is, indien we het huidige verbruik van fossiele brandstoffen niet reduceren. Deze studie suggereert dus dat verwarming van subarctische bodems hoogstwaarschijnlijk zal lijden tot een toename van plantengroei, maar ook tot een verlies van grote hoeveelheden C uit de bodem naar de atmosfeer, wat op zijn beurt een versterking van de klimaatopwarming inhoudt.

Elke wetenschapper moet zijn werk objectief in een juiste context plaatsen. Ondanks de beweringen van (klimaat-) sceptici is dit – naar mijn ervaring – wat de overgrote meerderheid doet: objectief resultaten rapporteren zonder beïnvloed te worden door mogelijke sponsors. Want dit is net waar wij als wetenschapper trots op zijn: objectiviteit. Het is dan ook zonder schaamte dat ik toegeef dat mijn resultaten geen voorspellende waarde hebben voor de toekomst, o.a. omdat klimaatverandering meer inhoudt dan opwarming alleen. Ze zijn echter wel de zoveelste waarschuwing dat er een grote kans is dat we de verkeerde richting uitgaan door passief te blijven omgaan met klimaatverandering.