Onderzoeksproject P7/24 (Onderzoeksactie P7)
Menselijk ingrijpen in bodemsystemen, vooral onder de vorm van landgebruik en landbeheer, is heden zo ingrijpend dat bodemvormingsprocessen voor tientallen jaren kunnen worden beïnvloed. Bodemerosie zorgt voor laterale fluxen van koolstof (C): dit koolstof wordt vaak begraven in colluvia of over hellingen verplaatst. Deze fluxen worden nu beschouwd als een kleine maar significante opslag van koolstof in de globale koolstofcyclus. Nadat de geërodeerde bodem wordt afgezet oefenen de reacties tussen de verse minerale oppervlakken en organisch materiaal potentieel een verdere invloed uit op koolstofopslag. Kationen en reactieve bodemmineralen spelen hierbij een belangrijke rol. Ook siliciumfluxen zijn bijvoorbeeld significant lager onder akkerland dan onder bos. Deze voorbeelden tonen aan dat bodemvormingsprocessen lang niet altijd in een natuurlijk evenwicht zijn. Bodemeigenschappen en materiaalfluxen worden sterk beïnvloed door de mens. Dynamische bodemeigenschappen moeten worden beschouwd om de lange-termijnrol van bodems in biogeochemische cycli beter te begrijpen.
Ons onderzoeksconsortium stelt zich tot doel om beter inzicht te krijgen in de feedback tussen bodems enerzijds en sediment, nutriënten, water en koolstofomzetting anderzijds. We willen deze wisselwerking kwantificeren, in een zwaar door de mens beïnvloede context en over verschillende tijdsschalen (decennia tot millenia). Om dit ambitieuze doel te bereiken, beginnen we met de detailstudie van de interactie tussen deze bodemcomponenten over verschillende ruimtelijk en temporele schalen in specificiek gekozen studiegebieden, waar de mens op verschillende manieren ingrijpt in het landschap. We zullen innovatieve technieken gebruiken voorde studie van sedimentkernen, chronosequenties en hedendaagse elementfluxen. Op basis van de vergaarde data zullen we modelomgevingen ontwikkelen waarin deze interacties kunnen worden geformaliseerd. Onze belangrijkste hypothese is dat menselijk ingrijpen in het landschap nu zodanig sterk is that bodemeigenschappen, en het al dan niet voorkomen van deze eigenschappen, worden beïnvloed op een zeer langdurige manier (eeuwen tot millenia). We moeten dit onderkennen om het landschap in de toekomst dusdanig te kunnen ontwikkelen dat de ecosysteemdiensten geleverd door de natuurlijke bodems duurzaam bewaard kunnen worden.
De opbouw van het project is dusdanig dat een continu vergaren van informatie plaatsvindt: deze informatie moet toestaan om op een geïntegreerde manier de feedbacks tussen bodems enerzijds en sedimentfluxen, koolstofomzetting, nutriëntencycli en hydrologie anderzijds, te voorspellen en te analyseren. Vier complementaire benaderingen worden aangewend.
1. Een netwerk van 4 bodemobservatoria wordt opgericht, waar een systematische en interdisciplinaire observatie van de bodem plaatsvindt. Dit moet ons toelaten om de huidige referentietoestand van de bodem te begrijpen en te kwantificeren, evenals de evolutie die het systeem onderging. Groenland is een ideale site om de impact van klimaatsveranderingen op bijvoorbeeld microbiële activiteit te bestuderen, en de interactie met organische koolstofdynamiek en decompositie. De Belgische leemgordel vertoont hoge erosiesnelheden van dikke sedimentlagen. Dit zorgt doorgaans niet voor een uitputting van het beschikbare materiaal: hier bestuderen we de laterale sediment, koolstof en nutriëntenfluxen en de invloed hiervan op de biogeochemische cycli. De twee andere sites zijn complementair hieraan: in Almeria (Spanje) zijn er hoge erosiesnelheden en dunne bodems, wat kan leiden tot depletie van het materiaal. In Brazilië bestuderen we een gebied met hoge verwerings- en hoge erosieve snelheden. De unieke combinatie van expertises in het consortium zorgt voor een multidisciplinaire aanpak van de verschillende biogeochemische cycli en bodemprocessen. Dit is noodzakelijk om de interacties tussen deze cycli en processen te begrijpen over een brede ruimtelijke en temporele schaal. Belangrijke bestudeerde onderwerpen zijn: silicium cyclus, waterstromingen, koolstofopslag in verschillende vormen (labiel en recalcitrant koolstof) en de vorming van nieuwe bodemmineralen met hoge reactiviteit. De gebruikte technieken zijn o.a.: stabiele Si- en C-isotopen, specifieke extracties voor koolstof en silicium en physicochemische studie van bodems. Het project onderscheidt zich van voorgaande brede consortia door de brede aanpak in ruimte en tijd van een breed aanbod processen en cycli, gebruik makend van fallout, cosmogene nucleïdes, geochemische tracers, biomarkers, radioactief koolstof en sedimentgeschiedenis. Work package 1, 3 en 4 zijn belangrijke voor deze aanpak: 1. Biogeochemische bodemstudie, 3. Huidige fluxen van sedimenten en elementen en 4. Voorbije fluxen van sedimenten en elementen.
2. Experimentele studies zullen worden gebruikt om de respons van sleutelprocessen in de bodem op menselijke ingrijpen beter te begrijpen. Hier ligt de focus op bodem-organisch koolstof, en de respons op temperatuur en bodemdegradatie. Dit werd tot op heden onvoldoende bestudeerd, maar is potentieel zeer belangrijk. We gebruiken hiertoe stabiele isotopen, biomarkers, radioactief koolstof en bodemrespiratie. WP 2 is hiervoor belangrijk: “Gevoeligheid voor verstoring.”
3. Alle vergaarde informatie wordt dan vertaald in in een geïntegreerd model. Proces gestuurde modellen worden voortdurend bijgeschaafd en gevalideerd met observaties. Processen die nog niet werden geparametriseerd worden aangepakt (vb. microbiële “community-T” respons). Deze procesmodellen zijn de basis voor geïntegreerde modellen op bekkenschaal, die bodemfunctioneren kunnen simuleren (productiviteit, C, Si en stikstofcyclering), alsook laterale fluxen en minerale processen. Dit is noodzakelijk om de impact van de mens te begrijpen. Dit vinden we terug in WP5: Elementcycli en pedogenese, WP6: hydrologie als sturende factor voor biogeochemische fluxen en WP7: geïntegreerde modellen op landschapsschaal.
4. Deze modellen en resultaten vormen de basis voor een geïntegreerd ecosysteemdienst- evaluatieplatform. We integrereren biogeochemie, hydrologie en bodemvorming in dit platform, dat de eerste poging vormt om op een overkoepelende manier ecosysteemdiensten te kwantificeren en in kaart te brengen. Dit is noodzakelijk voor een duurzaam beheer van bodems. Dit wordt uitgevoerd in WP 8: een geïntegreerde aanpak van bodemecosysteemdiensten.
De trainingsactiviteiten
van het netwerk (WP9) zijn essentieel om het werk van alle jonge onderzoekers te integreren. We organiseren o.a. twee summer-schools. De eerste behandelt nieuwe analysetechnieken en “proximal sensing”, de tweede behandelt verschillende modelbenaderingen. We leggen ook een lijst van “milestones en deliverables” voor, die een efficiënt projectbeheer zullen toelaten. Dit beheer is in handen van de verschillend WP-leiders.
