Hoe passen bomen zich aan aan de effecten van de opwarming van de aarde? EPFL-onderzoekers hebben onderzocht hoe beuken en sparren - twee van de meest voorkomende plantensoorten in Europa - reageren op veranderende temperaturen. En ze ontdekten dat de hoeveelheid vocht in de lucht een beslissende rol speelt.

Stijgende temperaturen, steeds intensere regenval en langdurige perioden van droogte zijn enkele van de bekende effecten van klimaatverandering. Maar hoe reageren bomen erop? Er achter komen, een team van onderzoekers van EPFL en het Zwitserse Federale Instituut voor Bos, Snow and Landscape Research (WSL) bestudeerde twee van de meest voorkomende plantensoorten in Zwitserland en de rest van Europa:beuken en sparren. De studie, die onlangs werd gepubliceerd in Global Change Biologie , bleek dat elke soort anders reageert, waarbij de hoeveelheid vocht in de lucht een grotere rol speelt dan eerder werd gedacht.

"Om erachter te komen hoe bossen er in de toekomst uit kunnen zien, we moeten begrijpen hoe elke plantensoort zal reageren op klimaatverandering, " legt Constant Signarbieux uit, de wetenschapper die de leiding heeft over het onderzoek, die werd uitgevoerd in EPFL's Ecological Systems Laboratory (ECOS).

De onderzoekers observeerden vijf tot zeven jaar oude jonge boompjes van de twee soorten gedurende vier jaar, van 2012 tot 2015. De jonge boompjes werden tijdens de koudere maanden verzameld op de Col du Marchairuz in het Juragebergte, en vervolgens herplant op drie locaties op verschillende hoogten:in het kleine dorpje St-Georges (op 1, 010 meter), in het Vallon Arboretum in Aubonne (op 570 meter), en op het terrein van de door EPFL gerunde Fondation des Bois Chamblard aan de oevers van het Meer van Genève (395 meter). Een vierde groep jonge boompjes werd op de oorspronkelijke hoogte van 1 gehouden. 350 meter en gebruikt als controlegroep.

"Door deze jonge bomen op lagere hoogten te transplanteren, konden we de impact van een gemiddelde temperatuurstijging van tussen de 1 en 6 ° C simuleren, in overeenstemming met wat wordt voorspeld tussen nu en 2100 op basis van een aantal scenario's voor klimaatverandering, ", legt Signarbieux uit.

Wel of niet beuken?

Door regelmatig de stam en vier hoofdtakken van elke boom te meten, de onderzoekers konden de biomassa van de bomen inschatten. Ze merkten dat de temperatuurstijging het groeiseizoen verlengde - de periode vanaf het verschijnen van de eerste nieuwe bladeren of naalden in de lente tot ze geel worden in de herfst - op een vergelijkbare manier voor elke soort. Echter, de twee soorten vertoonden een zeer verschillende biomassagroei. De beuken deden het goed van de stijgende temperaturen, bloeien snel en wennen gemakkelijker aan de warmere temperaturen dan de sparren. "Vuren zijn een conservatievere soort en passen zich misschien langzamer aan, ", zegt de onderzoeker. "Dit kan een onmiddellijke impact hebben op onze bossen, omdat beukenbomen in de toekomst waarschijnlijker zullen overheersen."

Daar stopten de onderzoekers niet. Ze wilden meer weten over waarom de twee soorten met verschillende snelheden groeiden - en de reden kwam als een verrassing. Uit hun analyses bleek dat het niets te maken had met fotosynthese of de hoeveelheid water in de grond. In plaats daarvan, het kwam allemaal neer op het dampdrukdeficit (VPD) - het verschil tussen de hoeveelheid vocht in de lucht en de maximale hoeveelheid vocht die de lucht mogelijk kan bevatten bij een bepaalde temperatuur. Dit geeft een indicatie van hoe droog de lucht is en onder hoeveel druk het watersysteem van de plant daardoor komt te staan.

Het draait allemaal om zuigkracht

De bladeren van een plant bevatten microscopisch kleine poriën, huidmondjes genoemd, die regelen hoe gassen tussen de bladeren en de atmosfeer bewegen. "Planten gebruiken deze huidmondjes om via diffusie CO2 uit de lucht op te nemen, " legt Signarbieux uit. "Als de poriën opengaan om het gas binnen te laten, tegelijkertijd ontsnapt er water uit de bladeren. Dit proces staat bekend als transpiratie en treedt op omdat er altijd meer vocht in de plant zit dan in de lucht. Het is wat de zuigkracht creëert die water en sap uit de grond trekt via de wortels, op de stengel en in de bladeren."

Hoe droger de lucht, hoe hoger de VPD en hoe groter het zuigeffect. Wanneer er meerdere opeenvolgende dagen zijn met een hoge VPD – een steeds vaker voorkomend verschijnsel door klimaatverandering – komen planten steeds meer onder druk te staan. Maar verschillende planten reageren op verschillende manieren, zoals blijkt uit de twee onderzochte soorten. Nog voordat er geen water meer in de grond zit, sparren sluiten hun huidmondjes om nog meer waterstress te voorkomen. beuken, echter, zijn toleranter voor dit soort stress en wachten langer met het sluiten van hun huidmondjes, waardoor ze CO2 kunnen blijven opnemen en dus blijven groeien. Dit geeft hen een concurrentievoordeel ten opzichte van de sparren.

Vroeger, gemiddelde seizoens- of jaartemperaturen en regenval werden gebruikt om de reacties van planten op hun omgeving te analyseren. Maar die factoren alleen verklaren niet waarom de beuken- en sparrenbomen zo verschillend groeien. Wat deze studie echt origineel en grensverleggend maakt, is dat de onderzoekers rekening hielden met een andere variabele die vaak over het hoofd wordt gezien:het aantal uren dat de VPD boven een bepaald kritisch niveau was, wat aangeeft dat de plant uitzonderlijk droge omstandigheden ervoer. De biologen zijn nu van plan hun onderzoek uit te breiden naar andere soorten, in de hoop een grafische weergave te creëren van hoe de Europese bossen er in de toekomst uit zullen zien – en om ervoor te zorgen dat ze duurzaam worden beheerd en gebruikt.