‘Going Underground’ tussen schimmels en reuzenwormen

Nieuws over de Amazone speelt meestal in en tussen de bomen van het tropisch regenwoud. Maar in het klimaatcontrolecentrum is de bodem minstens zo belangrijk. Daar, onder de grond, zit bijvoorbeeld meer koolstof dan in de bomen zelf. Willen we weten hoe dingen in het Amazonegebied écht werken, zullen we ondergronds moeten en wroeten tussen schimmels en reuzenwormen.

Kantelende Amazone (6)

Het Amazonegebied is frontlijn in de strijd tegen klimaatverandering. “Climate control centre for the world”, noemde de Canadese rockzanger Bruce Cockburn het regenwoud in zijn song ‘If A Tree Falls’: “If a tree falls in the forest does anybody hear? Anybody hear the forest fall?”

Volgens sommigen zouden delen van de Amazone dicht bij zogenaamde kantelpunten (tipping points) zijn, waarbij een relatief kleine verandering voor een relatief groot en onomkeerbaar gevolg zorgt en het klimaat in een andere evenwichtssituatie terechtkomt. Er zijn ook tegengeluiden die zeggen dat de Amazone flexibeler is dan de kantelpuntprofeten prediken.

De berichtgeving over de Amazone richt zich meestal op het woud, op wat er zich boven de grond in het bos afspeelt. Maar er is daar meer dan bomen, meer dan het bladerdak. De bodem speelt minstens zo’n belangrijke rol in de kringlopen van water, CO2 en energie, en dus in het functioneren van de Amazone als klimaatcontrolecentrum.

Ik sprak hierover eerder met Niro Higuchi, klimaat- en boswetenschapper bij INPA, het Nationale Instituut voor Amazone Onderzoek in Manaus in de Braziliaanse deelstaat Amazonas. Niro Higuchi leverde in 2007 een belangrijke wetenschappelijke bijdrage aan een rapport van het ‘Intergovernmental Panel on Climate Change’ (IPCC) van de Verenigde Naties dat van grote invloed was op de manier waarop de wereld naar klimaatverandering ging kijken. Bij INPA doet hij onderzoek naar de mogelijkheden van bosmanagement. In dat kader is hij betrokken bij NGEE-Tropics, een Next-Generation Ecosystem Experiment.

Wat is NGEE-Tropics?
Next-Generation Ecosystem Experiments–Tropics, of NGEE-Tropics, is een tienjarig multi-institutioneel project gefinancierd door onder andere het Amerikaanse Ministerie van Energie DOE en het Bureau voor Natuur- en Milieuonderzoek BER. NGEE-Tropics wil de kritische leemten in de kennis van wisselwerkingen tussen tropisch bos en klimaat invullen. Het uiteindelijke doel van NGEE-Tropics is het ontwikkelen van een systeem dat kan “voorspellen” hoe de CO2-balans van tropische bossen en klimaat feedback zal reageren op de veranderende milieufactoren in de 21ste eeuw.

Bodemonderzoek heeft voor NGEE-Tropics een hoge prioriteit. Wat is zijn eigen rol daarin, vroeg ik Niro Higuchi. En wat verwacht hij dat het onderzoek gaat opleveren?

Higuchi: “In mijn geval – ik ben boswetenschapper – is mijn bijdrage aan dit onderwerp gerelateerd aan wortels. We hebben ons tot nu toe geconcentreerd op wat er boven de grond is; nu gaan we ondergronds. Vanuit de IPCC invalshoek – in aanmerking genomen dat we het hebben over de opslag van koolstof – praten we over wortels van twee en meer millimeter doorsnee. Voor het hele proces zijn wortels dunner dan twee millimeter echter belangrijker dan die boven de twee millimeter. Dus concentreren we ons nu – om het hele proces te kunnen begrijpen – op wortels van twee en minder millimeter. We hebben het daarbij over koolstof, over allerlei soorten van koolstof afgeleide gassen zoals methaan, CO2, CO en zelfs COS, een sulfiet. Om de uitstoot van elke koolstofgas te begrijpen, moet er kennis zijn over wat zich in de bodem bevindt, moet het ondergrondse proces worden begrepen en hoe het bijdraagt aan de uitstoot.”

Koolstofverhaal

Philip Fearnside is eveneens werkzaam bij INPA. Hij is een van de meest gepubliceerde wetenschappers over duurzame ontwikkeling én een van de belangrijkste experts in de wereld op het gebied van klimaatverandering. Ook Fearnside vroeg ik naar het belang van de bodem in het koolstofverhaal. Zijn antwoord zal hier en daar niet goed vallen: het laat belangrijke hiaten zien in de berekeningen gebruikt om te komen tot het Akkoord van Parijs, bedoeld om de opwarming van de aarde af te remmen. Of zaken nou bewust zijn weggelaten of niet laat ik in het midden, feit is dat sommige rekenresultaten die leidden tot ‘Parijs’ mogen worden bijgesteld.

Fearnside: “De bodem bevat meer koolstof dan de eigenlijke bomen. Veel daarvan in vormen die niet gemakkelijk als CO2 worden uitgestoten: ze zijn stabieler. Als de grond opwarmt door klimaatverandering, komt veel van die koolstof er als CO2 uit. Dat is deel van het probleem dat buiten het bereik van menselijke controle valt. Het is niet meegenomen in de berekeningen over wat er moet worden gedaan om de opwarming van de aarde af te remmen. Met het Akkoord van Parijs is overeengekomen de opwarming van de aarde ruim onder de twee graden te houden. Vijf graden in vergelijking met het pre-industriële tijdperk. Om dat te bereiken moet in berekeningen alles worden meegenomen en alle uitstoot in de atmosfeer gecompenseerd, dus niet alleen dat wat bewust wordt uitgestoten door ontbossing en de verbranding van fossiele brandstoffen, de zaken uit het Kyoto Protocol. Al die andere elementen, bosbranden, het smeltende ijs in de Arctic, al die uitstoot van gassen moet worden meegeteld, wil men in staat zijn het totaal te controleren; want dat alles samen beïnvloedt de temperatuur. Het is geen kwestie van wiens fout het is dat dit alles de lucht in gaat. Het betekent gewoon dat men moet weten hoeveel er eigenlijk wordt uitgestoten. Want als die kennis er niet is, of die wordt gewoon op nul bepaald, en landen sluiten overeenkomsten waarin staat hoeveel ieder land moet doen om zijn eigen uitstoot te verminderen, dan is dat niet genoeg om de opwarming van de aarde echt te controleren. Al deze getallen moeten worden gekend en meegenomen, inclusief wat wordt uitgestoten in de Amazone.”

Bodem Amazonewoud

Going underground

Een paar dagen na mijn gesprek met Philip Fearnside ben ik weer bij INPA, dezelfde gang, een paar deuren verderop.

De ontvangst is hartelijk… en Hollands: “Bakje koffie?”

De Nederlandse onderzoeker Karst Schaap is afkomstig van de Universiteit van Wageningen. Hij doet zijn Phd bodemonderzoek bij INPA in Manaus. Hij bestudeert er de beschikbaarheid van fosfor in het gebied en de biogeochemische factoren die daar invloed op hebben. Ofwel: Hoe kunnen planten en organismen in de fosfor-arme bodem van de Amazone de beschikbaarheid van fosfor veranderen? De titel van zijn onderzoeksvoorstel was: ‘Soil phosphorus availability and its biogeochemical controls in Central Amazônia.’ “Maar”, zegt hij, “die zal tegen de tijd dat de uiteindelijke dissertatie er is, over een dikke twee jaar of zo, vast nog veranderen.”

Onderzoek doen in de Amazone. Een droom die uitkwam?

Karst Schaap: “Ik ben hier gekomen omdat mijn begeleider uit Wageningen, Marcel Hoosbeek, hier was voor een van de eerste vergaderingen van het AmazonFACE programma. Ik was mijn master aan het afronden en hij vroeg mij of ik zin had mijn Phd in de Amazone te doen. De bodemprofessor hier is Carlos Alberto (Beto) Quesada. Door die samenwerking ben ik in staat in Manaus mijn onderzoek te doen.”

En dat houdt in…

“Ik ben vooral bezig met enzymen (eiwitten die als hulpstof chemische en bio-chemische processen versnellen – CCE) in de bodem. De klassieke bodemkunde kijkt vooral naar de nutriënten (voedingstoffen – CCE), naar de biochemie en probeert ook een beetje de kringloop te kwantificeren. Enzymen in de bodem zijn daar een goede maatstaf voor. Het is niet perfect, maar ze zijn een maatstaf om te kijken hoe snel de kringloop in de bodem gaat. Het is de laatste stap in het omzetten van complexe moleculen afkomstig van planten of dieren. Daarbij maken enzymen los in de bodem de grotere moleculen klein, zodat planten en micro-organismen ze kunnen opnemen.”

Het dode materiaal dat in de Amazone valt wordt snel weer opgenomen in het systeem

Limitaties

Het is duidelijk, onder de grond, daar gebeurt het de komende tijd.

Karst Schaap: “Het is natuurlijk enorm complex, zo’n ecosysteem dat uit verschillende onderdelen bestaat. De bomen zijn wat gemakkelijker te bestuderen. Daar hoef je geen gat voor te graven. En je ziet meteen welke boom je bestudeert. In de bodem heb je altijd de handicap dat je maar moet zien wat er zit. En als je dan een wortel of zo vindt, weet je ook niet direct van welke boomsoort die is. Daar is dan weer verder onderzoek voor nodig. Er is bovengronds tot nu toe meer bestudeerd. Planten krijgen echter koolstof uit de lucht en zo’n beetje alle andere nutriënten uit de grond. Ondergrondse kringlopen worden beïnvloed door nutriënte limitaties en of er meer CO2 in de lucht komt, of de temperatuur omhoog gaat. Dat alles speelt zich grotendeels ondergronds af. Dus hoe groot het bovengrondse ecosysteem kan groeien, wordt deels bepaald door wat voor nutriënten er in de bodem zitten. Als je meer inzicht wilt krijgen in die kringlopen en wat nu eigenlijk een ecosysteem limiteert, dan is de bodem een cruciaal onderdeel.”

Nutriënte limitaties? In gewone mensentaal:

Karst Schaap: “Veel ecologen en biologen hebben het over de limieten van – met name – nutriënten op een ecosysteem. Dit wil zeggen dat, omdat een nutriënt onvoldoende beschikbaar is, het de groei zou ‘limiteren’ of belemmeren. Hoewel er natuurlijk een schaarste is aan nutriënten in een ecosysteem dat groeit op een relatief arme bodem zoals in de Centrale Amazone, is dit verhaal van limieten misschien wat kort door de bocht. Planten zijn hier geëvolueerd om op de arme bodems te kunnen leven, en doen dat blijkbaar goed – kijk hoe indrukwekkend het bos is! Nu wordt het bos hier gekenmerkt door een hoge diversiteit van planten en andere organismen. Dat zou dus kunnen betekenen dat de ene soort planten anders omgaat met een schaarste aan een bepaald nutriënt dan een andere, en dat het ‘limiet’ dat dit nutriënt voor een ecosysteem zou vormen wat minder algemeen is. Als we het dan hebben over veranderingen die in een bos plaatsvinden – veranderende temperatuur, regenval, meer CO2 – kan het helpen om te weten hoe die schaarste door planten wordt omzeild en wat mogelijke strategieën zijn om schaarste te ondervangen.”

AmazonFACE

Het is al eerder genoemd: het AmazonFACE programma. FACE staat hier voor Free-Air CO2 Enrichment.

Karst Schaap legt uit: “In het AmazonFACE programma onderzoeken we het effect dat een verhoogde concentratie van CO2 zou kunnen hebben op het tropische bos. Er wordt CO2 het bos ingebracht om te kijken hoe het daarop reageert. Daar is al veel mee geëxperimenteerd, in kassen bijvoorbeeld. En dan zie je vaak een soort bemestingseffect optreden. Omdat er meer CO2 is, kan een plant harder groeien. Maar in een bos, zeker een bos als het Amazonewoud waar de diversiteit enorm groot is, hebben alle planten natuurlijk verschillende strategieën om met nutriënten om te gaan. De centrale vraag is: gaat dat bos in zijn natuurlijke situatie meer koolstof opnemen, gaat de carbon sink – zoals dat heet – omhoog, omdat er meer CO2 in de lucht zit? En dan praat je vrij snel ook over de wijze waarop de acquisitie van nutriënten gaat. De koolstof kan uit de lucht komen, maar stikstof, fosfor en een heel scala andere nutriënten moet de bodem leveren. En voor het ecosysteem waar wij mee omgaan is dat interessant, zeker als die planten allemaal een eigen manier hebben om met limieten van nutriënten om te gaan. De ene boom kan een andere strategie hebben dan een andere om zoveel mogelijk uit de bodem te krijgen. De een heeft meer wortels laten groeien, een ander zal meer enzymen in de bodem loslaten. Wortels kunnen zich ook associëren met schimmels: mycorrhiza. Er kan daar iets veranderen, in die symbiose. En misschien zijn sommige planten wel helemaal niet zo gelimiteerd.”

Mycorhizza
Onder de grond heerst een welhaast onzichtbaar samenlevingsverband tussen schimmels en wortels: mycorrhiza. De wortels leveren daarbij voedingsstoffen – suikers – aan de schimmels en omgekeerd absorbeert het netwerk van schimmeldraden onder andere mineralen als stikstof en fosfor uit de bodem en geeft die via de gemycorrhizeerde wortels door aan de plant. Het woord mycorrhiza is afgeleid van de Griekse woorden mukès, zwam en rhiza, wortel.

Wat er zich in het Amazonegebied (maar niet alleen daar) ondergronds afspeelt is dus even belangrijk als het leven boven de grond. Of misschien zelfs belangrijker.

Karst Schaap: “Dat hangt erg af van de onderzoeksvraag. De bodem is een belangrijk en cruciaal onderdeel: daar groeit een heel ecosysteem bovenop. Maar de atmosfeer en de planten zijn minstens zo belangrijk. Ik denk wel dat voor nu de grootste uitdagingen in de bodem liggen, dat daar nog het meeste onderzoek moet worden gedaan.”

Communicatie over CO2 aan het publiek gaat meestal over bomen. En dan vooral het bladerdak. Met zijn onderzoek onderstreept Karst Schaap nog eens, net als in een eerder gesprek Niro Higuchi, het belang van de bodem bij de opslag van CO2.

Kast Schaap: “De bodem is erg belangrijk voor de opslag, maar de link tussen de atmosfeer en de bodem, dat zijn nog steeds de planten. Die brengen de koolstof de bodem in. Je hebt hele kleine worteltjes, die groeien over het hele bodemprofiel, maar vooral in de bovenlaag. Lopen over bosgrond is lopen over een mat van zo’n vijf centimeter dik waar allerlei kleine worteltjes over elkaar heen buitelen om toch die nutriënten uit de blaadjes en omgevallen bomen te vangen.”

Fantaseren over beschavingen die daar lang geleden eens een vuurtje gemaakt hebben

Het lijkt mij een interessant gebied, wat onbekendheid betreft vergelijkbaar met de diepzee of iets verder weg de planeet Mars. Bodemonderzoek betekent veel laboratoriumwerk. Maar ook veldwerk.

Karst Schaap: “Klopt. Ik heb maandelijks de bodem bemonsterd. Als je daar rondloopt tussen de muggen, bijtvliegen en schimmels, realiseer je je wel dat er veel aan de hand is. De biodiversiteit is er erg hoog.”

En vol verrassingen. Twintig jaar geleden kampeerde ik in het regenwoud aan de voet van de Pica da Neblina, de hoogste berg van Brazilië, gelegen in het grensgebied met Venezuela. Daar stootte ik op een reuzenworm, vaalwit van kleur en zo dik als een baby-armpje. Ik vond het verre van een schoonheid, eerder een griezel. Wat is het meest verrassende van wat hijzelf in de grond is tegengekomen?

Karst Schaap: “Ik ben inderdaad ook wel eens een enorme worm tegengekomen, in mijn geval niet wit, maar zwart-donkergrijs. Hij was een meter lang. In de bodem die we meenemen naar het lab zitten wel eens larven of zoiets die, als je de bodem aan het zeven bent, oplichten. Een beetje zoals vuurvliegjes, zo’n neongroene puls van licht. Ik vind dat zelf altijd wel mooi om te zien. Ik heb alleen nog steeds geen idee waarom je licht nodig zou hebben als je in de bodem leeft. Ook kom ik wel eens stukjes houtskool tegen. Dat kan in het onverstoorde bos natuurlijk komen van een blikseminslag of iets dergelijks – wat waarschijnlijk ook zo is – maar de fantasie gaat dan snel naar beschavingen die daar lang geleden eens een vuurtje gemaakt hebben.”

Wat is het grootste verschil in de bodem van pakweg het Amsterdamse Bos en het Amazonewoud?
Karst Schaap: “Hier moet ik een beetje speculeren, want ik ken het Amsterdamse Bos niet echt. Ik gok bijvoorbeeld dat er een veenbodem ligt op veel plekken, en dat het van oudsher een redelijk moerassig bos is, wat nu meer rond poelen en meertjes tot uiting zal komen. Een veenbodem is rijk aan nutriënten, en heeft vaak het grondwater aan de oppervlakte. Als we de bodems in de tropen generaliseren – ook in de tropen zijn veel onderling verschillende bodemtypes – komen we bij het type bodem uit waar ik mijn onderzoek doe: goed gedraineerd, arm aan nutriënten en in vergelijking met veen met erg weinig organisch materiaal. De vergelijking is interessant door de manier waarop de systemen met nutriënten omgaan. Een veengebied laat zijn dode materiaal – bladeren, takken – vallen en dat bouwt zich over jaren en jaren op tot een pakket veen. Het organisch materiaal ‘vast’ in de veenbodem. Het dode materiaal dat in de Centrale Amazone valt wordt snel weer opgenomen in het systeem, omdat de nutriënten daar erg gewild zijn bij de planten, microben enzovoort. Daardoor bevinden de nutriënten zich hier meer in het levende materiaal.”

De complexiteit van het systeem is vaak lastig uit te leggen. Ook al omdat wetenschappers zelf nog niet altijd begrijpen hoe iets – in het ecosysteem – werkt.

Karst Schaap: “Niet elk proces in het ecosysteem wordt vanuit de wetenschap voor honderd procent begrepen, maar er kan wel een patroon worden onderscheiden als er naar de grotere schaal wordt gekeken. Iedereen is op verschillende schalen bezig de processen duidelijker te krijgen. Zo’n project als de ATTO toren is ontzettend belangrijk. Dat kijkt echt naar de grotere schaal. Wat ons werk betreft, de bodem, zijn we op de kleine schaal bezig uit te zoeken hoe die processen nu precies met seizoensinvloeden reageren.”

Hoe zou hij aan een gewoon publiek dat wel heeft gehoord van CO2, groene Amazone enzovoort het belang van de Amazone voor het klimaat uitleggen?

Karst Schaap: “We hebben het over een enorm stuk grond. Alleen de staat Amazonas is al ongeveer vijftig keer zo groot als Nederland. Het feit dat het gebied helemaal vol staat met bos, die enorme schaal, dat is eigenlijk al genoeg om te zeggen dat er belangrijke dingen gebeuren tussen de bodem en de atmosfeer. Het belang van het woud zit in de enorme uitgestrektheid. Het feit dat het heterogeen is, dat er eigenlijk hele verschillende typen bos en bodems zijn, is daaraan ondergeschikt. Dat is vooral een probleem voor ons, wetenschappers, dat het niet allemaal precies hetzelfde is. Maar op grote schaal functioneert het wel hetzelfde.

”

“Veel mensen denken: och, er is genoeg bos”

“Er is koolstofopslag doordat planten groeien – door de zon – en daarvoor koolstof willen. Die koolstof wordt opgeslagen, op een enorme schaal, en dat is wat het zo cruciaal maakt. Er wordt steeds een beetje van dat woud afgesnoept. Veel mensen denken: och, er is genoeg bos. Bij veel kleine stappen kun je echter op zeker moment een grens over gaan en kan het te laat zijn. Het bos heeft ook zichzelf nodig om te blijven bestaan. Kijk naar de waterkringloop. Het is niet zo dat de regen hier direct van de zee komt; die is al gerecycled door het bos. Als daar een stuk van wegvalt, zou hier zomaar een droger klimaat kunnen komen. We weten nog altijd niet hoe een en ander precies werkt, maar dat die interne kringloop van water heel belangrijk is, dat is wel duidelijk.”

‘Vliegende rivieren’ bekken goed in de media, maar hoewel anders gepresenteerd, begreep ik van Niro Higuchi dat ze nog helemaal niet weten hoe het precies werkt.

Karst Schaap: “Tussen media en wetenschap zit vaak een spanningsveld. Je wilt zoveel mogelijk van een onderzoek in presenteerbare vorm aanbieden. Maar het moet vaak toch in een headline passen die interessant is. En het systeem is meestal net wat complexer dan een headline.”

‘Going Underground’ was de eerste nummer-één hit van de Britse band The Jam, uitgebracht in maart 1980. De song heeft niets te maken met de Amazone en het klimaat. Het is gewoon een lekker nummer en de headline boven dit artikel.

Meer weten? Lees ook: ‘De Amazone boven en onder de grond ontrafeld’