Je leest:

Vegetatie organiseert zichzelf om droogte te weerstaan

Vegetatie organiseert zichzelf om droogte te weerstaan

Wiskundig model werpt nieuw licht op woestijnvorming

Auteur: | 2 november 2018

Ecologen denken tegenwoordig in ‘kantelpunten’: als het met de vegetatie in een gebied slecht gaat door droogte, zal dit ecosysteem ineenstorten en voorgoed in woestijn veranderen. In feite blijken ecosystemen behoorlijk weerbaar. Dat volgt uit een verbeterd wiskundig model voor woestijnvorming.

Een kledingstuk waar de eerste gaten in vallen, is op: dan is de rest van de stof ook al zo versleten dat je het maar beter weg kunt gooien. Vrij vertaald is dat hoe ecologen dachten over vegetatie: als er gaten in de begroeiing gaan vallen, door toenemende droogte of andere ongunstige omstandigheden, staat het hele ecosysteem aan de rand van de afgrond.

Uitgelicht door de redactie

Biologie
Waar komt religie vandaan?

Biologie
Jacht speelt belangrijke rol in afname grote zoogdieren

Maatschappijwetenschappen
Hoe moeilijk is punten tellen bij het Songfestival?

Rondom woestijnen liggen inderdaad uitgestrekte gebieden waar de vegetatie vol gaten zit, vaak in een kenmerkend bandenpatroon. Robbin Bastiaansen, promovendus aan het Mathematisch Instiuut van de Universiteit Leiden: “Ecologen dachten tot nu toe: zodra er van die patronen in de vegetatie ontstaan, is binnen een paar jaar alles weg.”

Klausmeier-model

Dit onderbouwen ecologen met een wiskundig model (het Klausmeier-model) voor de interactie tussen regenval, verdamping, wateropname door planten en hun groei en sterfte. Dit laat zien dat als de regenval onder een minimumniveau zakt, eerst een fase optreedt waarin gaten of patronen in de vegetatie ontstaan, waarna het gebied in woestijn verandert. En op de keiharde, uitgedroogde bodem die dan ontstaat wil bijna niets meer groeien, zelfs als het weer meer zou gaan regenen.

Satellietopname van de Sool-regio in Somalië, met vegetatie in een bandenpatroon. De afbeelding beslaat ongeveer 7 × 3 kilometer.

Maar de werkelijkheid houdt zich niet aan dit relatief simpele scenario. Bastiaansen noemt als voorbeeld de droge regio’s Haud en Sool in Somalië, die hij onderzocht: “De eerste rapportages over bandenpatronen in deze gebieden dateren uit 1960, en ze zijn er nu nog.” De laatste veertig jaar zijn ook gedetailleerde satellietopnames beschikbaar, waardoor zulke gebieden veel beter te bestuderen zijn.

In samenspraak met een internationale groep ecologen ging Bastiaansen daarom aan de slag om een minder simplistisch scenario voor woestijnvorming te ontwikkelen. In het Klausmeier-model vertoont de fase tussen egale bedekking met vegetatie en de woestijnfase een heel scala aan patronen. Bastiaansen: “Wij toonden aan dat er ook in werkelijkheid zo’n scala aan patronen optreedt. Dit betekent dat deze gebieden ‘multistabiliteit’ bezitten: ze zijn veel robuuster en veerkrachtiger dan gedacht, en veranderen minder makkelijk in woestijn.”

Intuïtief begrijpelijk

Een belangrijke factor in de geografie blijkt de helling van het terrein, die zorgt voor het bandenpatroon. Dit is ook intuïtief begrijpelijk: als ergens maar de helft van de minimale hoeveelheid regen valt om een volledige bedekking met vegetatie in stand te houden, is er in principe genoeg water beschikbaar om het gebied voor de helft bedekt te houden.

Op terrein dat niet perfect vlak en horizontaal is, zorgt het bandenpatroon ervoor, dat de schaarse regen optimaal benut wordt. De kale bodem tussen de banden wordt namelijk keihard en neemt slecht water op. Tijdens een regenbui stroomt daarom bijna al het water heuvelafwaarts totdat het in een begroeide strook terechtkomt, waar de grond ruller is en wel makkelijk water opneemt. Deze ruimtelijke zelforganisatie zorgt er dus voor dat het ecosysteem meer weerstand heeft tegen ongunstige omstandigheden, bijvoorbeeld veroorzaakt door klimaatverandering.

Verband tussen de hoeveelheid biomassa – planten en bomen – per hectare, afhankelijk van de helling van het terrein (horizontale as) en hoe dicht de vegetatiebanden op elkaar liggen (verticale as). Blauw is lage biomassa, rood hoge biomassa. Deze metingen komen in grote lijnen overeen met de voorspellingen van het model, al zijn er afwijkingen die nog verder onderzocht moeten worden.

Bandenpatronen

Bastiaansen concentreerde zich voor zijn onderzoek op vegetatie in een bandenpatroon, omdat die simpeler te modelleren is dan vegetatie met een gatenpatroon, of vegetatie in een eilandenpatroon. De opeenvolging van banden laat zich karakteriseren door één getal, het aantal banden per honderd meter (gemeten loodrecht op die banden). Andere belangrijke parameters zijn de hellinghoek van het terrein en de totale biomassa (per band of per vierkante meter).

Zijn modelberekeningen leverden voorspellingen op die werden getoetst aan twee locaties in Somalië, Haud en Sool, waarvoor zowel gedetailleerde satellietmetingen als metingen van de biomassa op de grond beschikbaar waren. Daaruit blijkt dat het geavanceerde model inderdaad een goede weergave oplevert van de werkelijkheid.

Robbin Bastiaansen is bezig een promotie-onderzoek af te ronden dat voortbouwt op deze modelberekeningen. Zo wil hij nog in meer detail bestuderen hoe de bandenpatronen in de loop der jaren over het terrein migreren, en hoe verschillende bandenpatronen op elkaar reageren.

Bron

Robbin Bastiaansen e.a., Multistability of model and real dryland ecosystems through spatial self-organization, PNAS 30 oktober 2018. DOI: 10.1073/pnas.1804771115

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 november 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.