Onderzoek onthult hoe droogte zoals tijdens de Dust Bowl ongekende productiviteitsverliezen veroorzaakt

Onderzoek naar Droogte in Graslanden en Struikgebieden

Een wereldwijd onderzoeksproject geleid door Colorado State University toont aan dat extreme, langdurige droogte in graslanden en struikgebieden de langetermijngezondheid van cruciale ecosystemen, die bijna de helft van de aarde bedekken, aanzienlijk zou beperken. Deze bevindingen zijn bijzonder relevant nu klimaatverandering de kans op ernstigere droogtes in de toekomst vergroot, wat mogelijk leidt tot een situatie die doet denken aan de Dust Bowl van de jaren dertig.

Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Science, laat zien dat verliezen in plantproductiviteit—de creatie van nieuwe organische stof door fotosynthese—meer dan twee keer zo hoog waren na vier jaar van aanhoudende extreme droogte in vergelijking met verliezen door droogtes van gematigde intensiteit. De studie toont aan dat deze grasland- en struikecosystemen hun vermogen om zich in de loop van de tijd te herstellen, verliezen onder langdurige droge omstandigheden.

“We laten zien dat—wanneer gecombineerd—extreme, meerjarige droogtes nog diepgaandere effecten hebben dan een enkel jaar van extreme droogte of meerjarige gematigde droogtes,” zei CSU biologieprofessor Melinda Smith, die de studie leidde samen met Timothy Ohlert, een voormalige postdoctoraal onderzoeker aan CSU. “De Dust Bowl is een goed voorbeeld hiervan. Hoewel het bijna een decennium duurde, waren het pas bij opeenvolgende extreem droge jaren dat de effecten, zoals bodemerosie en stofstormen, zich manifesteerden. Nu, met ons veranderende klimaat, worden Dust Bowl-achtige droogtes verwacht vaker voor te komen.”

Smith ontwierp en leidde het International Drought Experiment met meer dan 170 onderzoekers over de hele wereld. Voor het project bouwden onderzoekers structuren voor neerslagmanipulatie die elke neerslaggebeurtenis gedurende een periode van vier jaar in grasland- en struikecosystemen op zes continenten verminderden.

Het CSU-onderzoeksteam omvat onder andere Universiteitsverdiende professor Alan Knapp, professor Eugene Kelly, docent Daniela Cusack en onderzoeksassistent Anping Chen. Voormalig Ph.D. student Amanda Cordiero en postdoctoraal onderzoeker Lee Dietterich droegen ook bij aan de studie. Door 1-in-100-jaar extreme droogteomstandigheden te simuleren, kon het team de korte- en langetermijneffecten op graslanden en struikgebieden bestuderen, die meer dan 30% van de wereldwijde koolstof opslaan en belangrijke industrieën, zoals de veeteelt, ondersteunen. Variaties in neerslag, evenals in bodem en vegetatie op verschillende continenten, zorgden ervoor dat verschillende locaties verschillende combinaties van gematigde en extreme droogte jaren ervoeren, wat unieke experimentele omstandigheden opleverde die deze studie informeerden.

Smith merkte op dat het artikel de interactie tussen extremiteit en duur in droogteomstandigheden benadrukt en dat deze interactie zelden systematisch is bestudeerd met behulp van experimenten. Ze voegde eraan toe dat het onderzoek suggereert dat de negatieve effecten op plantproductiviteit waarschijnlijk veel groter zijn dan eerder werd verwacht onder zowel extreme als langdurige droogteomstandigheden.

Plantengroei is een fundamenteel onderdeel van de wereldwijde koolstofcyclus, omdat fotosynthese de belangrijkste manier is waarop kooldioxide in ecosystemen komt, waar dieren het consumeren en planten het opslaan als biomassa. Aangezien graslanden en struikgebieden ongeveer 50% van het aardoppervlak bedekken, spelen zij een grote rol in het balanceren en faciliteren van koolstofopname en -opslag wereldwijd. Dit betekent dat veranderingen in deze ecosystemen veroorzaakt door droogte brede gevolgen kunnen hebben, aldus Knapp.

“Een extra kracht van dit onderzoek is dat de schaal van het experiment overeenkomt met de omvang van deze belangrijke grasland- en struikecosystemen,” zei Knapp. “Dit stelde ons in staat om te laten zien hoe wijdverspreid en wereldwijd significant de impact van deze extreme droogtes kan zijn.” Al meer dan een decennium werken Smith, Knapp en hun collega’s aan soortgelijk onderzoek naar graslanden aan CSU. Ze werken vaak samen met instanties zoals het Ministerie van Landbouw om een beter begrip te ontwikkelen van de gevolgen van klimaatverandering voor deze ecosystemen, met onderwerpen zoals soorten diversiteit.

Het International Drought Experiment is een belangrijk voorbeeld van dit werk. Het team had eerder bevindingen gepubliceerd die de impact van extreme kortdurende (één jaar) droogte op grasland- en struikecosystemen kwantificeerden. Smith merkte op dat de combinatie van deze onderzoeken nu een belangrijke basis vormt voor verder onderzoek naar dit onderwerp. “Vanwege de historische zeldzaamheid van extreme droogtes hebben onderzoekers moeite gehad om de werkelijke gevolgen van deze omstandigheden zowel op korte als lange termijn te schatten,” zei ze. “Deze grote, verspreide onderzoeksinspanning is werkelijk een teaminspanning en biedt een platform om te kwantificeren en verder te bestuderen hoe de intensivering van droogte-impact zich kan ontvouwen.”