Vergelijken van bodemvruchtbaarheid op grote schaal: een onmogelijke zaak?
Je hebt zeker en vast al wereldkaarten gezien met daarop verschillende kleurtjes naargelang de temperatuur, neerslag, gesteenten, … Maar kaarten die de vruchtbaarheid van de bodem beschrijven? Waarschijnlijk niet, want er bestaat momenteel geen voldoende accurate manier om de vruchtbaarheid van bodems tussen verschillende (al dan niet natuurlijke) ecosystemen te vergelijken. In mijn thesis evalueerde en verbeterde ik een mogelijk geschikte formule door gebruik te maken van bodem- en productiviteitsdata van Zweedse naaldbossen, waarvoor de nodige informatie beschikbaar is.
Stel, je bent wetenschapper en je wilt om wat voor reden dan ook de bodemvruchtbaarheid van verschillende ecosystemen op het land met elkaar vergelijken. Dat is niet zo simpel als het op het eerste zicht misschien lijkt, onder andere omdat de beschikbaarheid van voedingsstoffen in de bodem door allerlei onderling interagerende factoren wordt beïnvloed. Met andere woorden, het volstaat niet om uit één simpele meting van één karakteristiek in de bodem of plant de vruchtbaarheid van de bodem te evalueren in een continentale of globale context. Je zal dus meerdere factoren in rekening moeten brengen.
Dat de vruchtbaarheid van de bodem van cruciaal belang is voor plantengroei, spreekt voor zich: plantjes groeien beter op rijkere bodems. Maar wist je dat de beschikbaarheid van voedingsstoffen in de bodem ook mee bepaalt hoe onze bossen, graslanden, … reageren op globale (klimaat)veranderingen, zoals een toenemende CO2-concentratie, temperatuur en klimaatextremen zoals droogte? Welnu, deze laatste aspecten zijn van groot belang, onder meer omdat ze mede bepalen hoe de productiviteit van ecosystemen in de toekomst zal veranderen en in welke mate ecosystemen klimaatverandering nog zullen bufferen door CO2 op te slaan. Onder andere dankzij experimenten begrijpen wetenschappers de rol van bodemvruchtbaarheid hierin steeds beter (zo weten we bvb. dat ecosystemen op vruchtbare bodems het meest ‘profiteren’ van meer CO2 op zich), maar het onderzoek naar algemene patronen op grote schaal, waarbij bijvoorbeeld gegevens uit experimenten wereldwijd worden samengevat, wordt momenteel sterk gehinderd door het ontbreken van een formule die toelaat de vruchtbaarheid van bodems tussen ecosystemen te vergelijken.
In mijn thesis trachtte ik een deeltje van deze knoop te ontwarren door na te gaan of een reeds bestaande, maar nog niet gevalideerde formule, ontwikkeld door het Oostenrijkse IIASA-instituut, patronen in productiviteit over meer dan 2000 Zweedse sparren- en dennenbossen kon beschrijven. Ook onderzocht ik of nog niet geïncorporeerde bodemfactoren van pas kunnen komen om de formule te verbeteren. Bij enkele bemestingsexperimenten in Noord-Zweedse bossen, ten slotte, verzamelde ik zelf bodemstalen om te na te gaan of de conclusies voor heel Zweden ook hier geldig waren en om op zoek te gaan naar mogelijk geschikte bodemgegevens die momenteel nog niet worden gemeten in geheel Zweden and beyond.
Uit de resultaten blijkt dat de bestaande formule, die in de eerste plaats bedoeld is voor toepassing in een landbouwcontext, slechts in zeer beperkte mate in staat is de productiviteit van naaldbossen uit heel Zweden te beschrijven. De voornaamste reden hiervoor is dat de bodemfactoren die al in de formule verwerkt zijn (organische koolstof in de bodem, textuur [zand, silt, klei], pH en uitwisselbare basische kationen [kalium, calcium en magnesium]) niet volstaan: op zijn minst moet de beschikbaarheid van stikstof, waarvan geweten is dat het de productiviteit van noordelijke naaldwouden limiteert, explicieter in de formule staan, bijvoorbeeld via de verhouding koolstof:stikstof, waarvoor lage waarden een hoge bodemvruchtbaarheid suggereren en omgekeerd. Die verhouding koolstof:stikstof heb ik dan ook ingevoegd in de formule om ze te verbeteren. Daarnaast werd onder andere de invloed van organische koolstof aangepast, waarna de formule wel patronen in productiviteit kon verklaren.
De door mezelf uitgevoerde metingen bij experimenten in het noorden van Zweden maakten duidelijk dat toevoeging van stikstof uiteraard (tot op een zeker punt) leidt tot een vruchtbaardere bodem, maar dat dit niet steeds gepaard gaat met een verandering in koolstof:stikstof. Bijgevolg zijn er zeker nog andere gegevens nodig om stikstofbeschikbaarheid steeds te kunnen beschrijven, zoals bijvoorbeeld metingen van onder andere stikstof op ‘uitwisselingsmembranen’ die een tijd in de bodem worden geplaatst (deze konden in tegenstelling tot koolstof:stikstof wel variatie in productiviteit beschrijven in de experimenten, maar waren niet beschikbaar in de nationale data).
Het vergelijken van de bodemvruchtbaarheid tussen verschillende ecosystemen op het land is en blijft een uitdaging. De formule die ik in mijn thesis heb verbeterd, in het bijzonder door het toevoegen van de verhouding koolstof:stikstof, is in staat om de productiviteit van Zweedse naaldbossen deels te verklaren, maar additionele bodemfactoren, die over het algemeen niet beschikbaar zijn in grote datasets, zijn noodzakelijk om uiteindelijk te komen tot een voldoende accurate formule. In de tussentijd kunnen wetenschappers die toch vergelijkingen willen maken tussen ecosystemen op grote schaal in het beste geval de bodems ruwweg classificeren als arm, matig of rijk aan voedingsstoffen.
