Onderzoeksproject EV/13 (Onderzoeksactie EV)
Biologische invasies worden beschouwd als een toenemende bedreiging voor de biologische diversiteit, maar de onderliggende principes ervan zijn onvoldoende gekend. Ook de wijze waarop globale klimaatsveranderingen invasieprocessen beïnvloeden, is onduidelijk. Het doel van dit voorstel is een beter mechanistisch kader te ontwikkelen om (a priori) te kunnen bepalen welke plantengemeenschappen het meest gevoelig zijn aan invasie (‘invasibiliteit’) en welke soorten potentieel het meest invasief kunnen worden (‘invasief vermogen’) onder bepaalde condities. Het project is voor een groot deel gericht op grasland aangezien grassen verantwoordelijk zijn geweest voor enkele van de meest destructieve invasies uit het verleden.
Wat invasibiliteit betreft, wordt nagegaan hoe de diversiteit van plantengemeenschappen fungeert als promotor of weerstand tegen invasie, maar ook hoe diversiteit zelf gewijzigd wordt door vestiging van invasieve soorten. Door planten bloot te stellen aan gesimuleerde hittegolven (infrarood-bestralingsexperimenten) wordt bepaald in welke mate invasie wordt bevorderd door klimaatsextremen via mortaliteit en ‘gap’vorming (lege plekken) in de vegetatie. De veranderingen in ecosysteemprocessen (fotosynthese, respiratie, evapotranspiratie) die het gevolg zijn van dergelijke klimaatsverstoringen en de erop volgende ‘gap’-gemedieerde invasies, worden eveneens bestudeerd. Hierdoor kan de resistentie en resiliëntie van graslanden geschat worden tegen verstoringen die een impact hebben op de koolstofbalans. Daarnaast streeft het project naar een betere karakterisering van de fysiologisch/morfologische basis voor de gevoeligheid van graslandsoorten aan extreme warmte en droogte. Dit moet de sleutel vormen tot de vraag welke graslanden in een toekomstig klimaat het meest robuust zullen zijn. Een probabilistisch model over de invloed van diversiteit op het functioneren van ecosystemen onder extreme condities (dat ontwikkeld werd in PODO I), zal gebruikt worden om de gegevens te analyseren.
Wat invasief vermogen betreft, worden factoren geïdentificeerd die kritisch zijn voor de overleving van invaders in de schaduwrijke condities typisch voor ‘gaps’ in dicht begroeide graslanden. Competitie voor nutriënten tussen invaders en buurplanten wordt eveneens onderzocht. Hierbij wordt niet gefocuseerd op gekende invaders uit ander onderzoek, maar worden soorten gescreend met ongekend invasief vermogen. Technisch wordt het invasieproces gesimuleerd in gesynthetiseerde model-ecosystemen teneinde vooral de fasen van initiële vestiging en persistentie te onderzoeken. Daarnaast worden veldexperimenten uitgevoerd die een langere tijdspanne bestrijken. In één van deze experimenten worden invaders gevolgd in 288 recent aangelegde veldjes, die een groot aantal combinaties omvatten van initiële diversiteit en management (bemesting en maaifrequentie).
Eén der voornaamste oorzaken van biologische invasies zijn veranderingen in landgebruik. Het landbouwbeleid in West-Europa streeft naar een reductie van de intensieve landbouw en promotie van biodiversiteit, maar het is onzeker hoe biologische invasies hierdoor beïnvloed worden. We bestuderen dit vraagstuk voor de recente trend van perceelsranden. Deze worden aangelegd op akkers als buffer voor nutriënten- en biocide-efflux en worden beschouwd als nieuwe reservoirs voor biodiversiteit in onze gefragmenteerde landschappen. Installatie van perceelsranden vormt echter een aanzienlijke verstoring en de soorten-influx wordt er minder intens gecontroleerd dan in gewassen, zodat ze belangrijke ‘hot spots’ voor invasie kunnen vormen. In dit project worden eerst technieken vergeleken om biodiversiteit in perceelsranden te maximaliseren (spontane introgressie, toepassing van commerciële vs. lokale zaden, enz.). Daarna wordt de invasibiliteit in perceelsranden getest door er soorten uit de model-ecosystemen te introduceren. Het objectief is om beheersmaatregelen te bepalen die het risico op invasie minimaliseren, zowel in perceelsranden als vanuit perceelsranden naar de akkers.
De algemene doelstelling van het project is een meer gefundeerde wetenschappelijke basis te ontwikkelen voor het uitwerken van beschermende strategieën tegen invasie in graslanden en perceelsranden. Hierdoor moeten pro-actieve beleidsmaatregelen mogelijk worden i.p.v. de huidige curatieve politiek.
Methodologie
UIA:
1) Onderliggende mechanismen van vestiging invaderende soorten
Acht grassoorten fungeren zowel als invader en als geïnvadeerd systeem. Eén monocultuur per soort, elk met 8 vooraf aangebrachte gaps voor insertie invaderzaden. Metingen op invaders m.b.t. hun invasief vermogen (kieming, groei, overleving, ...). Metingen op geïnvadeerde monoculturen i.v.m. hun invasibiliteit (o.a. fotosynthetisch actieve straling (PAR) in de gaps).
2) Effect van soortendiversiteit en klimaatsextremen op invasie
Assemblage van 24 verschillende plantengemeenschappen met 1 tot 8 grassoorten. Drie herhalingen groeien ongestoord, 3 andere worden blootgesteld aan een gesimuleerde hittegolf. Invaders zijn de 3 meest aggressieve soorten uit Exp 1. Metingen: gapcondities; overleving/groei; karakteristieken invasief vermogen en invasibiliteit; procesveranderingen van het bodem-vegetatiecomplex.
3) Voorspellen gevoeligheid van graslanden aan klimaatsextremen
Soorten worden blootgesteld aan warmte/droogtestress i/h veld (FATI-systeem) om na te gaan wat de fysiologisch/morfologische basis is van gevoeligheid aan klimaatsextremen.
RUG:
1) Creëren van diversiteitsreservoirs in perceelsranden
Vergelijken van 3 beheersmaatregelen (2 sneden met geen, 1 x of 2 x verwijdering v/h materiaal) bij 4 ? geïnstalleerde plantengemeenschappen:
a) spontane vegetatie;
b) commercieel mengsel van grassen, leguminozen en dicotylen voor niet-landbouwdoeleinden;
c) idem als b) bedekt met het gemaaid en verhakseld product van een soortenrijke wegberm i/d buurt;
d) lokaal gekweekte grassen en dicotylen verzameld in nabije omgeving.
Metingen: karakterisering zaadbank; opvang aangevoerde zaden en determinatie; biomassaproductie en -kwaliteit; soortenaanwezigheid, -frequentie, -belangrijkheid en -verschuiving; PAR; nutriëntenstatus bodem en vegetatie; voorkomen en ontwikkeling onkruiden, plagen en ziekten i/d langszij groeiende gewassen
2) Effect van licht en verstoring op invasie
Installeren van veldranden langs laan bestaande uit 2 rijen uniforme 50 jaar oude beuken, oost-west geöriënteerd met zonne- en schaduwkant. Onderzochte factoren: lichteffect en verstoringseffect (passage tractor i/h midden v/d veldjes) op geselecteerde invaders ingezaaid in de perceelsranden.
Interactie tussen de verschillende partners
De onderzoeksteams bestuderen verschillende aspecten v/h gegeven diversiteit en biologische invasie: UIA de theoretisch-ecologische, procesmatige onderbouwing en RUG de toepassing ervan in perceelsranden met het oog op de optimalisering v/h diversiteitsbeheer. De interactie zal er in hoofzaak uit bestaan de informatie uit de meer artificiële detailexperimenten en de informatie uit de veldexperimenten te integreren.
Verwachte resultaten en/of producten
- Publicatie in internationale tijdschriften met wetenschappelijk leescomité
- Presentatie v/d resultaten op nationale en internationale conferenties
- Medewerking aan databases (IWETO, OSTC, database ‘Understanding and conserving biodiversity in Europe’)
- Indienen project als ‘Core Project’ bij IGBP-GCTE Focus 4
- Deelname ‘Global Invasive Species Programme’ - GISP
- Vertaling onderliggend concept v/h project naar mathematisch model
Partners
Activiteiten
- UIA - onderzoeksgroep Planten- en Vegetatie-ecologie:
Onderzoek in de plantenecofysiologie, fysische ecologie, gewasmicrometeorologie, ecosysteemfysiologie, plantensociologie en landschapsecologie. De afgelopen jaren was de groep betrokken bij impactstudies over zure regen, verhoogd CO2, globale klimaatsverandering, toenemende UV-B straling, veranderingen in biodiversiteit en biologische invasie. Experimenteel onderzoek wordt vaak gekoppeld aan bestaande of nieuw ontwikkelde modellen.
- RUG - vakgroep Plantaardige Productie:
Het onderzoek richt zich op plantenveredeling; vruchtwisselingsystemen: wisselbouw vs. monoculturen; fytotechnisch en ecologisch onderzoek van grasland en groenvoedergewassen; bedrijfssystemenonderzoek van extensief grasland. Ecologische imperatieven zijn prioritair doorheen alle onderzoek en dit alles in functie v/h ontwikkelen van duurzame landbouwsystemen.
Coördinaten
- Promotor: Prof. Dr. Ivan Nijs
Onderzoeksgroep Planten- en Vegetatie-ecologie (PLECO)
Universiteit Antwerpen (UIA), Departement Biologie
Universiteitsplein 1, B-2610 Wilrijk
Tel: +32 (0)3 820 22 57; Fax: +32 (0)3 820 22 71
e-mail: inijs@uia.ua.ac.be
- Promotor: Prof. Dr. ir. Dirk Reheul
Faculteit Landbouwkundige en Toegepaste Biologische Wetenschappen
Vakgroep Plantaardige Productie
Universiteit Gent (RUG)
Coupure Links 653
9000 Gent
Tel: +32 (0)9 264 60 96; Fax: +32 (0)9 264 62 24
e-mail: dirk.reheul@rug.ac.be
Gebruikerscomité
- Barenbrug-Maes, zaadbedrijf
- V.T.I. Land- en Tuinbouwschool, onderwijs in land- en tuinbouw - naschoolse vorming - proefveldwerking
- Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, A.L.T. Afdeling Land- en Tuinbouw
- Provincie West-Vlaanderen
Invasion and Biodiversity in Grasslands and Field Borders : final report
Milbau, Ann - Nijs, Ivan - De Cauwer, Benny ... et al Brussels : Federal Science Policy , 2008 (SP1931)
[Om te downloaden]
[Om te bestellen]
