De Watercyclus van de Aarde: Studie Toont Aan Hoe Klimaatverandering de Hydrologie van Graslandecosystemen Kan Veranderen

Panoramisch uitzicht op de ClimGrass-faciliteit in Stiermarken, Oostenrijk, waar een gematigd grasland wordt blootgesteld aan individuele en gecombineerde atmosferische opwarming (+3°C) en CO2-verrijking (+300 ppm), en terugkerende droogte.

Onderzoek, mede geleid door de Universiteit van Maryland, onthult dat droogte en verhoogde temperaturen in een CO2-rijke klimaat drastisch kunnen veranderen hoe graslanden water gebruiken en verplaatsen.

Deze studie biedt de eerste experimentele demonstratie van de mogelijke impact van klimaatverandering op de waterbeweging door graslandecosystemen, die bijna 40% van het aardoppervlak beslaan en een cruciale rol spelen in de watercyclus van de aarde. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Science.

“Als we de effecten van klimaatverandering op de waterbronnen van de aarde willen voorspellen, hebben we gegevens nodig die laten zien hoe de hydrologische cyclus zal reageren op kleine schaal, waar we mechanismen kunnen definiëren, maar die zijn gewoon niet beschikbaar geweest”, zegt Jesse Radolinski, corresponderend auteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker aan de UMD-afdeling Milieuwetenschap en Technologie, die het werk begon aan de Universiteit van Innsbruck.

“Onze experimenten toonden aan dat onder zomerse droogteomstandigheden en hogere luchttemperaturen die worden verwacht in een toekomst met verhoogde CO2, twee dingen fundamenteel veranderen: Ten eerste veranderen de structurele eigenschappen van de bodem in de wortelzone, waardoor water anders stroomt dan we verwachtten, en ten tweede zorgen deze veranderde klimaatvoorwaarden en bodem eigenschappen ervoor dat planten anders toegang krijgen tot water.”

Momenteel blijft nieuwe neerslag meestal hangen in de wortelzone, waar het mengt met bestaande bodemwater (d.w.z. eerdere neerslag) voordat het in lokale beken en rivieren sijpelt. Radolinski stelt dat deze studie suggereert dat onder toekomstige klimaatvoorwaarden, intense neerslag sneller door de bodem naar lokale wateren kan bewegen, minder interactie heeft met dit opgeslagen water en mogelijk voedingsstoffen en verontreinigingen meebrengt.

Bovendien besparen planten die aan deze toekomstige droogteomstandigheden worden blootgesteld meer water, door minder terug te geven aan de atmosfeer via transpiratie. Dit kan betekenen dat er minder atmosferische afkoeling plaatsvindt, wat een terugkoppelingslus kan triggeren van meer droogte en meer opwarming.

Radolinski en zijn collega’s voerden hun experiment uit met de Universiteit van Innsbruck in open percelen in een Oostenrijks grasland. Ze simuleerden zes verschillende klimaatvoorwaarden door de luchttemperatuur en CO2-niveaus te manipuleren en terugkerende droogte in te voeren met grote, automatisch uitgerolde schuilplaatsen die natuurlijke neerslag verhinderden om de percelen te bereiken.

Wanneer ze neerslag simuleerden, gebruikten ze water met een traceerbaar isotoop van waterstof, genaamd deuterium, en volgden vervolgens het pad door de planten en de bodem.

Hun resultaten toonden aan dat na terugkerende droogtes in percelen met verhoogde CO2 en opwarming, de structuur van de poriën in de bodem veranderde, zodat ouder water in kleinere poriën kon blijven zitten, terwijl nieuwer water in grotere poriën stroomde die sneller afvoerden. Daarnaast waren de planten effectief in het verkrijgen van de meest beschikbare bodemvochtigheid en beperkten ze het waterverlies door minder naar de atmosfeer te laten ontsnappen via transpiratie. Dit kan helpen dat planten zich aanpassen aan waterschaarste onder toekomstige droogteomstandigheden, hoewel er meer onderzoek nodig is om de effecten op groei te ontrafelen.

De studie onthult dat de interacties tussen bodem en plantwater veel complexer kunnen zijn dan eerder gedacht, met aanzienlijke gevolgen voor het vermogen van ecosystemen om droogte te weerstaan en zich ervan te herstellen. Deze inzichten zullen cruciaal zijn voor het informeren van conservatiestrategieën en het beheren van ecosystemen in een snel veranderend klimaat.