Ligt de sleutel tegen droogte misschien ondergronds?

Na drie droge, warme zomers op rij lijkt het toch ook een soort nieuw normaal te worden: bomen die nu al hun bladeren laten vallen, bruin gras en dode heideplanten. Het grondwaterniveau is nog niet hersteld van de extreem droge zomer van 2018 en het neerslagtekort is nog steeds veel hoger dan het langjarig gemiddelde.

Hoewel de totale hoeveelheid neerslag in Nederland niet verandert of zelfs iets meer wordt, signaleert het KNMI een trend van iets meer neerslag in de kustgebieden en juist drogere zomers in het binnenland. In het binnenland liggen vooral de hogere zandgronden, die extra gevoelig zijn voor deze droogte. Boven de grond zijn de effecten van die droogte dus duidelijk zichtbaar. Maar wat gebeurt er eigenlijk onder de grond? En waarom is het belangrijk om te begrijpen wat het effect van droogte op de bodem is?

Onder de grond

Allereerst bevindt natuurlijk ongeveer de helft van de biomassa van planten zich onder de grond. Plantenwortels zorgen voor verankering in de grond, maar ze nemen ook voedingsstoffen en water op voor de plant. En daarvoor is de bodem cruciaal: een goed functionerende bodem houdt genoeg water vast en levert genoeg voedingsstoffen voor de planten die erop groeien.

Beide eigenschappen berusten voor een groot deel op het organisch materiaal in de bodem: dode en (half)verteerde plantenresten, maar ook dode beestjes en micro-organismen en verteerde resten die vastgeplakt zitten aan bodemdeeltjes. Het houdt water vast, als een spons, maar uit dit bodemorganisch materiaal worden ook de voedingsstoffen voor de plant vrijgemaakt. Dat gaat niet vanzelf.

Bodemdieren zoals regenwormen, pissebedden en duizendpoten fragmenteren grotere stukken organisch materiaal, waarna schimmels en bacteriën met behulp van enzymen het overgebleven materiaal afbreken. Deze schimmels en bacteriën worden zelf weer gegeten door nematoden (microscopisch kleine wormpjes), protozoën en springstaarten, die op hun beurt gegeten worden door roof-nematoden en mijten. Bij dit proces van eten en gegeten worden komen koolstof, dat in de vorm van CO2 weer in de atmosfeer terechtkomt, en voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor vrij.

Decompositie van organisch materiaal

Dit web van bodemorganismen, dat met het blote oog niet zichtbaar is, vervult dus een belangrijke functie: het zorgt voor de decompositie van organisch materiaal en maakt belangrijke voedingsstoffen vrij voor de plant. Maar veel van deze bodemorganismen zijn eigenlijk waterorganismen. Ze leven in het dunne laagje water rondom bodemdeeltjes en in organische stof en kunnen daarom heel slecht tegen droogte.

Met name bacteriën hebben het moeilijk: met hun semi-waterdoorlaatbare celwanden moeten ze in evenwicht zijn met de buitenwereld en daarom verzamelen ze zouten in hun celvloeistof als het te droog wordt. Als vervolgens de bodem weer nat wordt, bijvoorbeeld door een flinke regenbui, moeten ze om dat evenwicht te bewaren opeens heel veel water opnemen. Het resultaat: ontploffende bacteriën en een slagveld in de bodem.

Als er na een lange periode van droogte weer regen valt, zorgen deze dode bodemorganismen, samen met opgehoopte voedingsstoffen en de schok van het opeens nat worden, voor een enorme piek in het vrijkomen van CO2 en voedingsstoffen uit de bodem. Er komen zóveel voedingsstoffen vrij dat de planten, die nog inactief zijn door de droogte, ze niet zo snel op kunnen nemen en dus gaat een groot deel van deze voedingsstoffen verloren door uitspoeling.

Schimmel-gedomineerde voedselwebben

Ná een droogte is het bodemvoedselweb niet zo maar hersteld. Dat kan maanden duren. Maar wat we wel weten is dat bodemvoedselwebben met meer schimmels beter tegen droogte kunnen dan die met veel bacteriën. Dat is omdat schimmels, in tegenstelling tot bacteriën, dikke celwanden hebben en met hun lange schimmeldraden water kunnen herverdelen naar waar ze het nodig hebben.

Bovendien komen deze schimmel-gedomineerde voedselwebben vooral voor op plaatsen waar veel organisch materiaal is en weinig verstoring. Dat zijn dus bodems die al beter tegen de droogte kunnen doordat ze goed water vasthouden, maar het bodemvoedselweb zorgt er ook voor dat deze bodems beter blijven functioneren tijdens een droogte en minder koolstof en stikstof verliezen ná een droogte. Zo is het effect van droogte onder de grond van groot belang voor het effect boven de grond, op de planten.

Als we begrijpen hoe bodems precies reageren op droogte, wat het effect is van droogte op droogte maar ook van stijgende temperaturen en droogte samen, kunnen we die wetenschap gebruiken om onze ecosystemen beter weerbaar te maken tegen klimaatverandering.

Franciska de Vries (Leeuwarden, 1978) is hoogleraar Earth Surface Science aan de Universiteit van Amsterdam. Haar onderzoek richt zich op het begrijpen van het effect van klimaatverandering en veranderend landgebruik op interacties tussen planten en bodemorganismen, met het doel om ecosystemen weerbaarder te kunnen maken tegen toekomstige verstoringen. Ze doet dit door middel van grote veldexperimenten, maar ook in mechanistische, minder realistische experimenten in de kas of het laboratorium.