Reconstructie van de ‘water use efficiency’ van Congolese boomsoorten onder invloed van klimaatsverandering

Heeft klimaatsverandering effect op het waterverbruik van Afrikaanse bomen?

Vraag jij je soms ook af hoe de klimaatsopwarming een invloed uitoefent op de groene long van onze Aarde? Grote bosgebieden zoals het Amazoneregenwoud en het Tropisch regenwoud in Congo hebben een effect op het klimaat maar worden er ook zelf door beïnvloed. Het fenomeen van stijgende CO2 concentratie is bewezen en heeft o.a. tot gevolg dan een boom efficiënter zal omgaan met zijn water. Een belangrijk gevolg is dus dat de boom productiever zal zijn naar de toekomst toe. Maar zijn hier ook nadelen aan verbonden? En wat betekent dit voor de mens?

Iedereen heeft al over de opwarming van de aarde gehoord. Er zijn veel studies rond gepubliceerd, maar de wetenschappers onderzoeken nog steeds de mogelijke gevolgen voor de toekomst van onze aarde. Wij vroegen ons in onze bachelorproef af wat de invloed is van stijgende CO2 concentratie op tropische bomen.
Bladeren van bomen doen aan fotosynthese, dit houdt in dat suikers en zuurstof worden aangemaakt door opname van zonlicht en CO2. Met deze suikers maken bomen hout, bladeren, en wortels aan. De boom neemt water op via zijn wortels, dat de boom weer verlaat via de bladeren om het proces draaiende te houden. Dus als de CO2 concentratie stijgt, zal er meer koolstof kunnen vastgelegd worden in biomassa. De stijging is vooral te wijten aan de verbranding van fossiele brandstoffen. Een eenvoudige schets van dit mechanisme is te zien in figuur 1.

Een boom legt zijn biomassa jaarlijks vast in jaarringen in het hout. Door jaarringen te analyseren kan niet enkel de groei in het verleden worden bestudeerd, maar ook de groeiomstandigheden. Wij beschikten over drie stamschijven uit het tropisch regenwoud in Congo, van bomen die bijna 80 jaar oud waren.
Dit verleden zijn we nagegaan via isotopenanalyses in houtstalen. De analyses zijn gebaseerd op het feit dat er koolstofatomen bestaan met verschillende massa, nl. de het lichtere isotoop 12C en het zwaardere isotoop 13C. Een boom gaat onder andere bij de fotosynthese anders om met de twee isotopen, want het lichtere isotoop is mobieler, waardoor de boom voorkeur zal geven aan het 12C isotoop. In de analyses op de verschillende stamschijven werden de 12C/13C ratio’s jaar per jaar berekend. Deze ratio varieert jaarlijks omwille van verschillende factoren, zoals bijvoorbeeld de weersomstandigheden, maar ook omdat fossiele brandstoffen meer 12C bezitten dan 13C.
De CO2 opname gebeurt via huidmondjes, ook stomata genoemd, op het blad. De mondjes openen zich, waardoor er water verloren gaat naar de atmosfeer. Via de berekende ratio’s hebben we de WUE, ‘water use efficiency’, kunnen berekenen. Dit geeft een idee hoe efficiënt de uitwisseling via de stomata is. Een hoge WUE betekent dus minder waterverlies bij eenzelfde hoeveelheid CO2 opname.
Via metingen en berekeningen kwamen we tot drie belangrijke resultaten. Een eerste vaststelling was dat de WUE wel degelijk doorheen de jaren toenam, te zien op figuur 2

De moeilijkheid bij dit soort studies is dat niet met zekerheid kan gezegd worden dat deze stijging enkel het gevolg is van de toenemende CO2 concentratie. De toename kan immers ook het resultaat zijn van andere factoren. Temperatuurstijging is één van die factoren die stomata doet sluiten en waterverlies dus beperkt. De volgende vraag is hoe een stijgende WUE het bosecosysteem beïnvloedt. Om hierop in te gaan, dienen we eerst het begrip stomatale geleidbaarheid te verduidelijken. Dit begrip wordt gedefinieerd als een maat voor de snelheid waarmee koolstofdioxide de stomata binnenkomt en water wordt afgegeven. We kunnen dus zeggen dat de stomatale geleidbaarheid afneemt bij stijgende WUE. Dit kan een gevolg hebben voor de hydrologische cyclus en de koolstofcyclus.

Het gebied waar onze stamschijven vandaan kwamen, is gelegen in een tropisch regenwoud klimaat, waarbij de neerslag niet van oceanische oorsprong is, maar van geëvapotranspireerd water van het gebied zelf (continentaal). Dit heeft tot gevolg dat als de stomatale geleidbaarheid daalt, en dus afgifte van water afneemt, dit een effect kan hebben op het continentaal klimaat. De luchttemperatuur kan verhogen, waardoor de luchtvochtigheid daalt en de hercirculatie van neerslag zal afnemen.

Er zouden ook voordelen kunnen zijn aan een stijgende WUE. Uit gelijkaardige onderzoeken bleek onder andere een verbeterde houtkwaliteit en meer waterbeschikbaarheid, wat toekomstige droogtes zou kunnen tegengaan. Hierbij moeten we ook vermelden dat er ‘feedback’ mechanismen bestaan. Bijvoorbeeld: als de stomatale geleidbaarheid daalt, gaat de bladafkoeling afnemen waardoor de bladtemperatuur toeneemt. Dit kan tot gevolg hebben dat de geleidbaarheid en transpiratieverliezen weer gaan toenemen.

Het tweede resultaat uit ons analyse, was een positieve correlatie van de temperatuur met de CO2 concentratie in de atmosfeer. De correlatie was het meest uitgesproken bij maximale temperatuur. Een stijgende maximale temperatuur heeft dus een sterke samenhang met de atmosferische CO2 concentratie en de WUE. De vraag blijft echter in hoeverre deze parameters een stijgend verloop zullen blijven kennen en of ze op termijn een maximum zullen bereiken.

Een laatste belangrijk resultaat is gerelateerd aan de neerslag. De correlaties tussen de parameters en de verschillende seizoenen (groot nat, groot droog, klein nat en klein droog) werden bepaald. Hieruit blijkt duidelijk dat de correlaties bij het groot nat seizoen het hoogst zijn. We zouden dus kunnen zeggen dat zich daar de meeste groei heeft voorgedaan, aangezien er dan het meest licht en water aanwezig is. Anderzijds zullen er in dat seizoen meer wolken zijn, waardoor minder licht tot op het landoppervlak kan doordringen. Er zal dus nog verder onderzoek nodig zijn om te bepalen welke factoren hierin de bovenhand nemen en het sterkste effect hebben op de groei van bomen.

We kunnen concluderen dat de stijging in CO2 concentratie een impact zal hebben op onze ecosystemen. Maar hoe groot de impact zal zijn is nog niet zeker. Er zal ook zeker rekening moeten worden gehouden met mogelijke feedback mechanismen, die momenteel nog niet volledig begrepen of beschreven zijn, waardoor voorspellingen maken moeilijk blijft.