De bossen van Europa zitten op een tijdbom voor vervuiling die hun ecologie zou kunnen herschrijven wanneer deze ontploft, zeggen onderzoekers.

Gevoelige bosbodemplanten zoals klaverzuring of viooltjes, en het evenwicht tussen de boomsoorten die boven hen uittorenen, worden allemaal bedreigd door decennia van opgehoopte stikstofvervuiling. Een studie heeft uitgewezen dat de duisternis van het bos de effecten van stikstof heeft onderdrukt. Maar bossen zijn voorbestemd om in de toekomst meer licht binnen te laten als bomen bezwijken voor droogte en ziekte.

Bossen beslaan 40% van het landoppervlak van de Europese Unie en breiden zich in sommige landen uit, meestal vanwege actief herstel of het opgeven van landbouwgrond. Bossen bieden diensten zoals het beheersen van erosie en stromend water, maar ze worden ook in toenemende mate bedreigd door droogte en ziekten zoals het afsterven van as.

Om te begrijpen hoe ze op deze uitdagingen reageren, is het essentieel om de bosbodem te bestuderen, zegt professor Kris Verheyen, een ecoloog aan de Universiteit Gent in België.

"Deze kruidenlaag wordt heel vaak vergeten. Sommige mensen noemen het de overstaplaag - je stapt erover om naar de bomen te kijken, " hij zei.

Nog, in gematigde bossen, het leven onder de voeten omvat 80% van de biodiversiteit van een bos. De kruidenlaag circuleert belangrijke voedingsstoffen zoals fosfor, kalium en stikstof, helpt bij het ontbinden van boomafval en filtert de volgende generatie bomen - aangezien zaailingen er doorheen moeten om hun reis naar het bladerdak te beginnen, zegt prof. Verheyen.

Records

In een poging om meer te begrijpen over de bosbodem, hij leidde een team dat records ophaalde, in sommige gevallen tot 50 jaar terug, van 4, 000 bospercelen in heel Europa. Voor degenen van wie de locatie gemakkelijk kon worden geïdentificeerd, de onderzoekers bezochten om bijgewerkte metingen te doen.

Het team vervoerde ook bosgronden van over het hele continent naar hun onderzoeksstation, waar ze ze verwerkten in experimentele buitenomgevingen, mesokosmos genoemd, waarin ze de toegang van de planten tot stikstof varieerden, temperatuur en licht.

"De basisvraag die we wilden beantwoorden, was hoe meerdere aanjagers van wereldwijde verandering de trajecten van verandering in de loop van de tijd bepalen, " zegt prof. Verheyen, die het project leidde, bekend als PASTFORWARD.

Algemeen, het team ontdekte dat licht de belangrijkste controlerende factor in het bosleven was, die als een knelpunt fungeert, waardoor andere veranderingen geen effect kunnen hebben.

Stikstofvervuiling

Een krachtig voorbeeld hiervan was de manier waarop het de effecten van stikstofvervuiling heeft tegengehouden.

Stikstofdepositie is een chronisch probleem dat wordt veroorzaakt door ammoniakemissies uit landbouwmest en de vorming van stikstofoxiden als bijproduct van de verbranding van fossiele brandstoffen. Het haalt bepaalde voedingsstoffen uit de bodem, verzuurt land, en zorgt ervoor dat algen in waterwegen groeien.

De onderzoekers vonden veel stikstofdepositie in bossen en documenteerden de gevolgen voor soorten. Maar 'de effecten zijn niet zo sterk als we hadden verwacht omdat ... de stikstof beschikbaar is, maar de planten (op de bosbodem) niet echt kunnen profiteren omdat ze worden beperkt door de hoeveelheid licht die beschikbaar is, " zei prof. Verheyen.

Sommige planten - soorten die over het algemeen wijdverspreid zijn en kunnen overleven in een verscheidenheid aan omgevingen, inclusief niet-inheemse soorten - hebben de machines om te profiteren van een teveel aan stikstof en meer te groeien; anderen - die meestal specialisten zijn met een klein bereik - doen dat niet. In schaduwrijke bossen staan ​​ze op gelijke voet. Maar zodra de overkapping opengaat en het licht naar binnen stroomt, degenen die de stikstofvervuiling kunnen benutten, hebben een voordeel.

Als resultaat, Europese bossen verliezen nu al hun meer specialistische soorten en ervaren zo een afname van de biodiversiteit. Prof. Verheyen maakt zich zorgen dat bosluifels open dreigen te gaan als bomen sterven door droogte en ziekte die de sluizen kunnen openen voor stikstof.

"Dat zal leiden tot snelle en zeer grote veranderingen in de kruidenlaag, " hij zei.

Droogte - zelf een gevolg van klimaatverandering - heeft een 'enorm' effect gehad op het doden van bomen in sparrenbossen in Duitsland, België en Frankrijk in de afgelopen jaren, hoewel loofbossen op dit moment resistenter zijn.

Dit betekent niet dat loofbossen vrij zijn van kruinopening - een voorbeeld is de assterfte. "We hebben wel bewijs dat je door het afsterven van de as veel licht krijgt en dan explodeert de ondergroei echt omdat licht niet langer een beperkende hulpbron is, " zei prof. Verheyen.

"Deze grote en waarschijnlijk abrupte veranderingen die in de kruidenlaag kunnen optreden, zullen de regeneratie van de boom beïnvloeden en zullen zeker bepalen welke soorten het kruidenlaagfilter kunnen passeren en welke niet. Het zal zijn gevolgen hebben voor de nutriëntenkringloop omdat deze kruidenlaag heeft echt invloed op de ontbindingssnelheid."

Bufferen

De onderzoekers ontdekten ook dat bossen tot nu toe opmerkelijk werk hebben verricht door planten te bufferen tegen de bredere klimaatverandering die zich daarbuiten afspeelt.

Uit temperatuurmetingen bleek dat bossen vaak aanzienlijk andere temperaturen hebben dan weerstations - altijd ver van bomen geplaatst - registreren. In de zomer, bijvoorbeeld, ze zijn gemiddeld 4°C koeler. Dit komt niet alleen doordat dikke luifels het licht buiten houden, maar ook omdat verdamping van water door de bladeren en in de atmosfeer warmte uit het bos zuigt, en de vegetatie houdt briesjes buiten die warme lucht met koele zouden mengen.

Klimaatmodellen houden geen rekening met deze buffering, ondanks het feit dat twee derde van de soorten op de wereld in bossen leven en dat bosprocessen zoals koolstof- en nutriëntenkringlopen afhankelijk zijn van de temperatuur, zegt professor Pieter de Frenne, een biowetenschapper ook aan de Universiteit Gent, die het parallelle FORMICA-project leidt dat microklimaten in bossen onderzoekt.

Dit, beurtelings, legt uit waarom, in intact bos, er is minder 'herschikking' van bossoorten geweest dan werd voorspeld naarmate Europa warmer wordt, hij zegt - door bosbuffering hebben veel soorten zich vast kunnen houden.

"We hadden verwacht dat bosplanten al in sterkere mate zouden hebben gereageerd, zodat er meer soorten die aan warmte aangepast zouden zijn in de gemeenschap zouden zijn gekomen en meer soorten met koude affiniteit zouden zijn afgenomen of zelfs lokaal zouden zijn uitgestorven."

Maar het effect kan niet eeuwig duren en als het bladerdak wordt geopend, zullen deze soorten ruw ontwaken als hun wereld opwarmt tot de temperatuur buiten het bos.

"Bufferen levert ons tijd op, zodat soorten de kans krijgen zich aan te passen aan het nieuwe klimaat. " hij zei.

Het werk heeft praktische implicaties voor de manier waarop bossen worden beheerd en de teams van PASTFORWARD en FORMICA hopen nu een hulpmiddel te ontwikkelen om bosbeheerders te helpen bepalen hoeveel van het bladerdak ze kunnen verwijderen, bijvoorbeeld om te oogsten of als onderdeel van de cyclus van het kappen van bomen, ook wel hakhout genoemd, zonder deze explosieve groei op gang te brengen.