Agroforestry in gematigde streken
advertisement
Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Academiejaar 2010 – 2011 Agroforestry in gematigde streken: modelmatige scenarioanalyses voor opbrengsten en Land Equivalency Ratio's. Rutger Tallieu Promotoren : Prof. dr. ir. Dirk Reheul en Prof. dr. ir. Kris Verheyen Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bio-ingenieurswetenschappen: bos- en natuurbeheer Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Academiejaar 2010 – 2011 Agroforestry in gematigde streken: modelmatige scenarioanalyses voor opbrengsten en Land Equivalency Ratio's. Rutger Tallieu Promotoren : Prof. dr. ir. Dirk Reheul en Prof. dr. ir. Kris Verheyen Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bio-ingenieurswetenschappen: bos- en natuurbeheer Toelating Ondergetekende verklaart dat de inhoud van deze masterproef geraadpleegd mag worden en dat delen ervan gekopieerd mogen worden voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie. Gent, 7 juni 2011 Rutger Tallieu II Woord vooraf Graag wil ik mijn dank betuigen aan alle personen die me geholpen hebben bij het verwezenlijken van deze thesis. Vooraleerst mijn promotoren Prof. dr. ir. Dirk Reheul en Prof. dr. ir. Kris Verheyen voor hun vertrouwen, de goede begeleiding en hun deskundige hulp. Prof. Reheul stippelde een mooie reis uit naar de Wakelyns Agroforestry Farm te Suffolk (Engeland), en graag bedank ik de beheerder, Prof. Martin Wolfe, en zijn medewerkers voor hun goede ontvangst en om ons te introduceren in de principes van agroforestry. Prof. Verheyen bracht me in contact met Dr. Anil Graves (Cranfield University), wie ik dank verschuldigd ben omdat hij ons het Plot­SAFE model bezorgde dat in het tweede deel van dit werk werd gebruikt. Graag wil ik mijn familie bedanken voor hun steun en begrip tijdens het schrijven van mijn scriptie en voor het nalezen van dit werk. Ook wil ik Perry en Els bedanken om dit werk na te lezen. Daarnaast dien ik nog de vele mensen die me geholpen hebben bij het verzamelen van informatie te bedanken. Deze lijst is echter te uitgebreid om iedereen specifiek bij naam te noemen. III IV Inhoudsopgave 1. Literatuurstudie ..........................................................................................................................1 1.1 Definitie ..............................................................................................................................1 1.2 Classificatie..........................................................................................................................1 1.2.1 Classificatie volgens structuur ......................................................................................1 1.2.2 Classificatie gebaseerd op functies ...............................................................................4 1.2.3 Ecologische classificatie ...............................................................................................4 1.2.4 Socio­economische classificatie....................................................................................4 1.3 Ecologische interacties in agroforestry­systemen.................................................................5 1.3.1 Bovengrondse interacties.............................................................................................6 1.3.2 Ondergrondse interacties ..........................................................................................16 1.3.3 Allelopathy ................................................................................................................ 20 1.3.4 Nettoresultaat van boven­ en ondergrondse interacties ............................................22 1.4 Opportuniteiten van Agroforestry bij de reductie van broeikasgassen ............................... 30 1.4.1 C­ en CO2­sequestratie ...............................................................................................30 1.4.2 N2O­emissie ............................................................................................................... 32 1.5 Biodiversiteit .....................................................................................................................33 1.5.1 Floradiversiteit...........................................................................................................33 1.5.2 Faunadiversiteit .........................................................................................................34 1.5.3 Mycorrhizae............................................................................................................... 36 1.6 Socio­economisch .............................................................................................................. 37 1.6.1 Sterktes .....................................................................................................................37 1.6.2 Zwaktes .....................................................................................................................38 1.6.3 Opportuniteiten .........................................................................................................38 1.6.4 Bedreigingen..............................................................................................................39 1.7 Ontwerp en beheer ........................................................................................................... 39 1.7.1 Oriëntatie en boomdensiteit ...................................................................................... 39 1.7.2 Boomsoortenkeuze en gewaskeuze ...........................................................................41 1.7.3 Snoei .........................................................................................................................43 1.7.4 Wortelbehandeling ....................................................................................................44 1.7.5 Irrigatie, bemesting en bestrijdingsmiddelen ............................................................. 45 V 2. Modellering .............................................................................................................................. 47 2.1 Doelstelling .......................................................................................................................47 2.2 Materiaal en methoden .....................................................................................................47 2.2.1 Modelbeschrijving ..................................................................................................... 47 2.2.2 Sitebeschrijving .......................................................................................................... 50 2.2.3 Ontwerp van een agroforestry­systeem .....................................................................52 2.2.4 Calibratie ...................................................................................................................56 2.2.5 Gevoeligheidsanalyse.................................................................................................57 2.2.6 Validatie ....................................................................................................................57 2.2.7 Simulaties en simulatiescenario’s ...............................................................................58 2.2.8 C­ en CO2­sequestratie ...............................................................................................59 2.2.9 Land Equivalency Ratio (LER) ...................................................................................... 59 2.2.10 Stikstofuitloging .........................................................................................................62 2.3 Resultaten en bespreking ..................................................................................................63 2.3.1 Gevoeligheidsanalyse.................................................................................................63 2.3.2 Simulatie van het opgestelde agroforestry­systeem ...................................................65 2.3.3 C­ en CO2­sequestratie ...............................................................................................75 2.3.4 LER ............................................................................................................................75 2.3.5 Beheermaatregelen ...................................................................................................79 2.3.6 Stikstofuitloging .........................................................................................................81 2.4 Conclusie ...........................................................................................................................82 3. Referenties .................................................................................................................................. 4. Bijlagen ........................................................................................................................................ 5. Verklarende woordenlijst ............................................................................................................. VI Lijst met afkortingen AF BOM C ca. cm CAP CDE CO2 DS EAFRD H ha ICRAF in vgl. met KOH KMI L m MEA MO N OM SA SAF t.o.v. UNCED v. Chr. V.K. vnl. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : agroforestry bodem organisch materiaal koolstof circa centimeter Common Agricultural Policy coëfficiënt van densiteit koolstofdioxide drogestof European Agricultural Fund for Rural Development gemiddelde hoogte van bomen in een bomenrij hectare The World Agroforestry Centre (WAC) in vergelijking met korteomloophout Koninklijk Meteorologisch Instituut liter meter Millennium Ecosystem Assessment micro­organismen stikstof organisch materiaal silvoarable silvoarable agroforestry ten opzichte van United Nations Conference on Environment and Development voor Christus Verenigd Koninkrijk voornamelijk Lijst met symbolen * : verwijzing naar de verklarende woordenlijst achteraan deze scriptie ° : oorspronkelijke bron niet beschikbaar ­> : ‘verwijzend naar’ x : verwijzing naar voetnoot x onderaan de pagina Verwijzing naar referenties Het verwijzen naar een referentie gebeurt via een cijfer dat tussen haakjes na een zin staat. Indien er meerdere referenties zijn, dan worden de belangrijkste via cijfers gesplitst door komma’s weergegeven. De referenties gekoppeld aan elk cijfer staan achteraan dit werk (sectie 3). Wordt bij de verwijzing naar een referentie het woord ‘naar’ gebruikt, dan wordt daarmee bedoeld dat de stelling, figuur of tabel opgesteld werd op basis van de aangegeven bron. VII Lijst met Figuren en Tabellen : De verspreiding van bomen op een landbouwveld. : Het verloop van een stabiel, evolutief, sequentieel en kortstondig AF­systeem. : Mogelijke ecosysteemdiensten van AF. : Types interspecifieke interacties in AF. : Schaduwworp van een enkele boom op verschillende tijdstippen van de dag. : Gesimuleerd schaduwpatroon van een enkele boom op dagniveau. : Gesimuleerde geïntegreerde schaduwpatronen op jaarniveau. : Netto­fotosynthese als functie van fotonfluxdensiteit voor maïs en katoen. : Luchtstroomregio’s en verticale windprofielen op verschillende afstanden van een natuurlijk windscherm (bomenrij). Figuur 10 : Het gemiddeld beeld van het windreducerend effect van een windscherm met porositeit van 50%. Figuur 11 : Spatio­temporele variatie van juglongehaltes in de bodem in een SAF­systeem. Figuur 12 : Houtvolumes uit drie SAF­experimenten met vergelijking tussen bosbomen en AF­bomen. Figuur 13 : Relatieve gewasopbrengsten voor drie verschillende SAF­systemen. Figuur 14 : Graanopbrengsten van maïsrijen in een SAF­systeem doorheen de tijd. Figuur 15 : Graanopbrengsten en percentages PAR­straling voor maïsrijen in combinatie met bomen. Figuur 16 : Abundantie en biodiversiteitsindices voor arthropoda met vergelijking tussen een luzerne­ zwarte walnoot­SAF­systeem en een luzerne reincultuur. Figuur 17 : Totale abundantie aan arthropoda gemeten in juni te Guelph in SAF en in reincultuur. Figuur 18 : Ruimtelijke verdeling van PAR­instraling afhankelijk van de oriëntatie van bomenrijen. Figuur 19 : Lichtbeschikbaarheid voor het tussengewas voor verschillende opsnoeihoogtes. Figuur 20 : Diametergroei van bomen in SAF voor drie verschillende beheeropties met betrekking tot de wortelsystemen van de componenten. Figuur 21 : Graanopbrengsten voor maïs in SAF voor drie verschillende beheeropties met betrekking tot de wortelsystemen van de componenten. Figuur 22 : Proefhoeve te Melle met situering van perceel H en het weerstation. Figuur 23 : Klimatogram voor Melle voor de periode 1990­2009. Figuur 24 : Hypothetische weergave van complementariteit en competitie voor hulpbronnen. Figuur 25 : Gewasontwikkeling en bladontwikkeling van de bomen in het basis­AF­systeem gedurende de eerste vijf jaren van de simulatieperiode. Figuur 26 : Gewasontwikkeling en bladontwikkeling van de bomen gedurende de eerste vijf jaren van de simulatieperiode voor monocultuur maïs en monocultuur wintertarwe in SAF. Figuur 27 : Gesimuleerde spilhoutvolumes per boom voor bomen in SAF en in boomaanplantingen. Figuur 28 : Gesimuleerde spilhoutvolumes per boom voor verschillende systemen, verschillende boomdensiteiten en met vergelijking tussen potentiële en actuele groei. Figuur 29 : Gesimuleerde houtvolumes per ha voor AF­bomen en bosbomen. Figuur 30 : Gesimuleerde DS­gewasopbrengsten per jaar over een twintigjarige simulatieperiode. Figuur 31 : Verloop van gesimuleerde actuele DS­gewasopbrengsten voor monocultuur wintertarwe en monocultuur kuilmaïs in combinatie met populierenklonen. Figuur 32 : Grafische voorstelling van het verschil in proportiefactoren en pF­waarden tussen een landbouw­reincultuursysteem en het basis­AF­systeem. Figuur 33 : Grafische voorstellingen van verschil in wateropname en cumulatief totaal waterverlies uit de bodem tussen een landbouw­reincultuursysteem en het basis­AF­systeem. Figuur 34 : Beschikbare instraling voor reincultuurgewassen en voor gewassen in het basissysteem. Figuur 35 : Vergelijking tussen gesimuleerde actuele en potentiële DS­gewasopbrengsten. Figuur 36 : Gesimuleerde gemiddelde DS­gewasopbrengsten bij verschillende boomdensiteiten. Figuur 37 : Gesimuleerde C­ en CO2­sequestratie door populierenbomen. Figuur 38 : LERjaarlijks voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 83 bomen per ha. Figuur 1 Figuur 2 Figuur 3 Figuur 4 Figuur 5 Figuur 6 Figuur 7 Figuur 8 Figuur 9 VIII Figuur 39 : LERcumulatief voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 83 bomen per ha. Figuur 40 : LERjaarlijks voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 40 bomen per ha. Figuur 41 : LERcumulatief voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 40 bomen per ha. Figuur 42 : LERjaarlijks voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 156 bomen per ha Figuur 43 : LERcumulatief voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 156 bomen per ha. Figuur 44 : LERjaarlijks voor monocultuur maïs en wintertarwe in combinatie met 83 bomen per ha. Figuur 45 : DS­gewasopbrengsten van gewassen in SAF bij verschillende snoei­opties. Figuur 46 : Stikstofuitloging voor een reincultuur­landbouwsysteem en het basis­AF­systeem. Figuur 47 : Cumulatieve stroming naar het grondwater bij een reincultuur­landbouwsysteem en bij het basis­AF­systeem. Tabel 1 : Reducties van windsnelheden op verschillende afstanden van een windscherm. Tabel 2 : Tarwe­opbrengsten onder reincultuur en in SAF in China. Tabel 3 : Hypothetisch potentieel van AF voor reductie in jaarlijkse N2O­emissies. Tabel 4 : Gewasrotatie voor het te simuleren SAF­systeem. Tabel 5 : Opbrengsten en DS­opbrengsten van gewassen voor calibratie van het model. Tabel 6 : Gevoeligheid en elasticiteit van parameters voor een populierenaanplanting. Tabel 7 : Gevoeligheid en elasticiteit van parameters voor een reincultuur­landbouwsysteem. Tabel 8 : Gevoeligheid en elasticiteit van parameters voor een SAF­systeem. Tabel 9 : Vergelijking tussen gesimuleerde actuele DS­gewasopbrengsten voor een reincultuursysteem en voor het basis­AF­systeem. Tabel 10 : Vergelijking tussen potentiële DS­gewasopbrengsten voor het basis­AF­systeem en het reincultuursysteem. Tabel 11 : Vergelijking van potentiële DS­gewasopbrengsten voor monocultuur maïs en monocultuur wintertarwe in SAF, bij verschillende snoei­opties. IX Samenvatting Agroforestry, als een verzamelnaam voor landgebruikssystemen die een (her)introductie van bomen en hun ecologische functies in een landbouwomgeving betreffen, wordt beschouwd als een potentieel duurzame vorm van landgebruik. Agroforestry­systemen hebben een minder negatieve impact op de omgeving in vergelijking met landbouw­reinculturen, en er wordt gesteld dat ze productiever zijn dan conventionele landbouwsystemen of boomaanplantingen. In dit werk werd, na het beschrijven van enkele kenmerken van agroforestry, de ‘Land Equivalency Ratio’ (LER)(een maat voor productiviteit) berekend voor een virtueel agroforestry­systeem in Vlaanderen, meer specifiek op een perceel op de proefhoeve van de Universiteit Gent. Deze proefhoeve is gelegen te Melle, Oost­Vlaanderen. Met behulp van historische meteorologische data en het Plot­SAFE model werden gewasopbrengsten en houtvolumes gesimuleerd die nodig waren om de LER te berekenen. Het Plot­ SAFE model, dat enkele belangrijke limitaties kent, werd ontworpen om langetermijnsimulaties mogelijk te maken en werd hier gebruikt om opbrengsten te simuleren over een periode van twintig jaar. Als boomcomponent voor het te simuleren agroforestry­systeem werd gekozen voor populierenklonen (Populus spp.). Als landbouwcomponent werd een gewasrotatie opgesteld met maïs (Zea mays L.), wintertarwe (Triticum aestivum L.), wintergerst (Hordeum vulgare L.), erwt (Pisum sativum L.) en spinazie (Spinacia oleracea L.). Een boomdensiteit van 83 bomen per ha werd vooropgesteld en er werd aangenomen dat de gewasoppervlakte in het agroforestry­systeem 85 percent was van de gewasoppervlakte van een reincultuursysteem. Verder werd aangenomen dat de bomen opgesnoeid werden tot op een takvrije stam van zes meter. Op basis van gesimuleerde potentiële gewasopbrengsten leek schaduw door de bomen pas na vijf jaar een invloed te gaan uitoefenen op de tussengewassen. Competitie voor water tussen de componenten was initieel kleiner in agroforestry en werd pas na ongeveer tien jaar groter in vergelijking met een reincultuursysteem met dezelfde vruchtwisseling. Beheermaatregelen zoals het snoeien van de bomen of het irrigeren van de gewasoppervlakte bleken de gewasopbrengsten sterk te beïnvloeden. De LER werd uiteindelijk op drie verschillende manieren berekend, namelijk als LERrotatie, LERjaarlijks en LERcumulatief. Met uitzondering van de twee laatste jaren bij LERjaarlijks, was de LER telkens hoger dan één. Meer specifiek werd voor het virtueel agroforestry­systeem een LERrotatie van 1.36 bekomen. LERjaarlijks daalde van 1.47 in simulatiejaar één tot 0.78 na twintig jaar en LERcumulatief schommelde rond 1.4 om te eindigen op 1.38 na twintig jaar. Het agroforestry­systeem bleek, met uitzondering van die laatste twee jaren bij LERjaarlijks, productiever te zijn en bijgevolg minder land nodig te hebben om evenveel te produceren als wanneer de gewassen en bomen als reinculturen naast elkaar geteeld zouden worden. Verder werd aangetoond dat de bomen in agroforestry kunnen bijdragen tot CO2­ sequestratie en het reduceren van stikstofuitloging. X Inleiding Vandaag zijn landbouw en bosbouw gescheiden sectoren, maar dit was niet altijd zo (29). In Europa bestonden er rond 2500 v. Chr. reeds landgebruikssystemen die elementen van land­ en bosbouw doelmatig combineerden (30). Gedurende de 19e en 20e eeuw echter, verdwenen veel dergelijke mengsystemen onder andere vanwege mechanisatie en specialisatie van de landbouw (73, 89, 105), en de afbakening van perceelsgrenzen door middel van prikkeldraad (16). Het subsidieregime van CAP (Common Agricultural Policy)* en administratieve organisaties die landgebruik en bijhorende financiële steun onderverdeelden in landbouw of bosbouw vormde een bijkomende reden voor het verwijderen van bomen uit landbouwsystemen in Europa gedurende de jongste jaren (66)1. In minder kapitaal­ en technologiekrachtige tropische regio’s, waar de motivatie om bomen te behouden in het landbouwlandschap groter is (64), komen mengsystemen van bomen en gewassen wel nog frequent voor. Mechanisatie en intensivering van landbouw door middel van hoogproductieve gewasvariëteiten, bemesting, irrigatie en bestrijdingsmiddelen hebben de productiviteit en efficiëntie van landbouwsystemen opgedreven en op die manier bijgedragen tot een significante stijging in voedselproductie sinds 1947 (64). Mechanisatie en intensivering zijn echter ook medeoorzaak van enkele problemen zoals homogenisering van landschappen, erosie, watervervuiling, het verdwijnen van bomen, een verlies aan natuurlijke bodemvruchtbaarheid en een verlies aan biodiversiteit (59). Het vormt dan ook een grote uitdaging om de voedselproductie te behouden, en op te drijven om aan de behoeften van een stijgende populatie te voldoen, en tegelijk de omgeving te beschermen tegen deze negatieve gevolgen van intensieve landbouw (63, 65). Om dit te kunnen realiseren moeten nieuwe landgebruikssystemen en technologieën ontwikkeld worden (63), en moet er nagedacht worden over nieuwe manieren van landbeheer waar verschillende functies en objectieven tegelijk gerealiseerd kunnen worden (66). Land is namelijk schaars en er is grote concurrentie voor het gebruik ervan voor voedselproductie, bebouwing, natuur, recreatie, enz. Deze zoektocht naar productieve, multifunctionele, duurzamere* en omgevingsvriendelijke landgebruikssystemen heeft in de gematigde streken onder andere geleid tot een hernieuwde interesse voor wat nu agroforestry (AF) wordt genoemd (64, 89), wat een nieuwe term is voor moderne versies van systemen die elementen uit land­ en bosbouw combineren (63). Het concept op zich is dus niet nieuw, maar wel de wetenschappelijke interesse en de naam die eind jaren ‘60 tot stand kwam (64). Smith beschrijft dat het concept om bomen en gewassen te mengen opnieuw relevant is, onder andere omdat deze systemen potentieel bieden voor drie hoofdthema’s van het beleid van de Europese commissie voor landbouwontwikkeling van 2007­2013, namelijk een verhoogde productiviteit, een minder negatieve impact op de omgeving en een diversificatie aan producten en ecosysteemdiensten (106). Wetenschappelijke interesse en onderzoek met betrekking tot AF winnen aan belang. Voor de gematigde streken maakt dit systeem voorlopig vooral opgang in bepaalde arealen in Canada, het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, Nieuw­Zeeland en China. Veel artikels die gebruikt werden voor dit werk zijn dan ook het resultaat van studies uit deze gebieden. Over het algemeen zijn er echter nog maar weinig AF­percelen opgericht in de gematigde streken, en dit is zeker het geval voor AF­ 1 Het beleid en juridisch kader met betrekking tot landbouw, bosbouw of systemen die elementen uit land­ en bosbouw combineren werden niet besproken in deze scriptie. Meer informatie hieromtrent is onder andere te vinden in de thesis van Anke De Dobbelaere ‘Ontwerpen van een agroforestry­systeem met korteomloophout‘. XI percelen waarbij wetenschappelijk onderzoek niet de hoofddoelstelling vormt. Redenen hiervoor zijn het beleid dat tot kort geleden ongunstig was, maar ook onwetendheid of gebrekkige kennis van landgebruikers over het bestaan en de mogelijkheden van AF. Verder is er nog te weinig wetenschappelijke kennis en zijn er nog te weinig experimentele data voorhanden, wat resulteert in een grote onzekerheid met betrekking tot productiviteit, omgevingsimpact en economische haalbaarheid. Experimenteel onderzoek is ook moeilijk en duur. Wegens de grote dynamiek in microklimaatsomstandigheden (zie sectie 1.3.1), vanwege boomgroei, moeten AF­systemen namelijk over een gehele boomrotatie­periode2 bestudeerd worden. Voorlopig wordt vaak getracht om aan de hand van simulaties via computermodellen een betere indicatie te verkrijgen van het wel en wee van AF. Een positieve trend lijkt zich wel voor te doen via een toenemend aantal publicaties, toenemende interesse en veranderende beleidsmaatregelen. Het AF­concept werd bijvoorbeeld reeds opgenomen in regulaties van het EAFRD* (European Agricultural Fund for Rural Development)(30, 66, 95). Gedurende het tijdsverloop van deze thesis was het ook duidelijk dat er interesse is voor AF. Op woensdag 16 maart 2011 werd het eerste grootschalige agroforestry­ proefperceel van Vlaanderen opgestart. Een artikel hierover is te vinden in Bijlage 17. Zeer recent, namelijk op 1 april 2011, heeft de Vlaamse regering zijn goedkeuring gegeven aan een steunmaatregel voor boslandbouwsystemen3 om de kosten voor het planten van bomen financieel te ondersteunen. De doelstelling hiervan is om tegen 2013 op 250 hectare 4 aan agroforestry te doen in Vlaanderen (83). Deze persmededeling is te vinden in Bijlage 3. Deze masterproef bestaat uit twee grote delen. Het eerste deel betreft een literatuurstudie, het tweede deel beschrijft een modellering van een virtueel AF­systeem in Vlaanderen. In de literatuurstudie wordt eerst, omdat AF nog relatief onbekend is in de gematigde streken, een beknopte beschrijving gegeven van de definitie (sectie 1.1) en de classificatie (sectie 1.2) van AF. Vervolgens worden enkele ecologische interacties in AF­systemen aangehaald (sectie 1.3), en worden de mogelijkheden van AF met betrekking tot C­sequestratie en reductie van N2O­emissies beschreven (sectie 1.4). Sectie 1.5, welk handelt over biodiversiteit, valt wat uit de boot aangezien dit niet in verband staat met het tweede gedeelte van dit werk. Het biodiversiteitsaspect is echter wel belangrijk en kan een rol gaan spelen om de implementatie van AF­systemen te bevorderen. Bovendien legt het een link met enkele socio­economische aspecten welke, hoewel de focus in deze scriptie op de ecologische kant van AF werd gelegd, niet achterwege kunnen blijven (sectie 1.6). De literatuurstudie wordt beëindigd met het aanhalen van enkele algemene principes met betrekking tot het ontwerp en het beheer van AF­systemen (sectie 1.7). Samen met sectie 1.3 en 1.4 vormt dit laatste stuk de basis voor het tweede gedeelte van dit werk. Het tweede gedeelte start met het aanhalen van de doelstelling van de modellering (sectie 2.1) en het bespreken van materiaal en methoden, namelijk het gebruikte model en de site waarop het model werd afgesteld (sectie 2.2). Via simulaties werd getracht de effecten van schaduwworp en competitie voor water op de opbrengsten van bomen en landbouwgewassen op AF­percelen na te gaan en de productiviteit van AF te vergelijken met conventionele landbouwsystemen of 2 Periode vanaf aanplant/vestiging van bomen tot oogst van diezelfde bomen. Deze term wordt vooral gebruikt bij bestanden van bomen waarbij houtproductie een doelstelling is. 3 Een Nederlandstalige term als synoniem voor agroforestry. 4 Dit is een klein aandeel in vergelijking met de totale landbouwareaal van ca. 650 000 ha in Vlaanderen. XII conventionele boomaanplantingen* (sectie 2.3). Na de bespreking van de simulatieresultaten wordt deel twee afgesloten met enkele conclusies (sectie 2.4). Na deel twee bevinden zich de referenties (sectie 3), de bijlagen (sectie 4) en een verklarende woordenlijst (sectie 5). In de bijlagen bevinden zich onder andere een kort verslag (Bijlage 1) en enkele foto’s (Bijlage 2) van het bezoek aan de Wakelyns agroforestry farm. Via deze inleiding wil ik nog aanhalen dat men bij het lezen van dit werk rekening moet houden met het feit dat de stellingen en kwantificeringen in de literatuurstudie sterk afhankelijk zijn van het specifieke ontwerp en de specifieke omgevingscondities van de bestudeerde AF­systemen. Elke AF­ situatie is uniek zodat veralgemeningen niet zomaar gemaakt kunnen worden. Ook in het tweede gedeelte mag men niet vergeten dat resultaten sterk afhankelijk zijn van de gekozen opstelling van het systeem en van de kwantificering van de parameters. De limitaties van het model, welke beschreven worden in sectie 2.2.1.6 , mogen zeker ook niet uit het oog verloren worden. XIII XIV 1. Literatuurstudie 1.1 Definitie Smith beschrijft agroforestry (AF) als een concept van geïntegreerd landgebruik dat elementen van land­ en bosbouw combineert in een duurzaam* productiesysteem (105). Een meer specifieke definitie werd in 1983 opgesteld door Lundgren en Raintree en wordt door ICRAF* nog steeds als internationaal aanvaardbare definitie naar voor geschoven : “Agroforestry is een verzamelnaam voor landgebruikssystemen die het bewust behouden of introduceren van houtige planten op percelen met landbouwgewassen en/of grasland betreft. Deze samenhang, volgens een ruimtelijke en/of temporele combinatie, leidt tot ecologische en economische interacties tussen de aanwezige componenten” (naar 63, 64).5 De doelstelling bij deze teeltsystemen is om positieve en negatieve interacties tussen de aanwezige componenten respectievelijk te optimaliseren en te minimaliseren (60, 105). Dit gebeurt via een geschikt ontwerp en beheer. Hoewel je, bij het lezen van het woord, linguïstisch zou kunnen verwachten is AF geen subdomein van bosbouw (64 ­> Steward, 1981°), maar moet het aanzien worden als een zelfstandig systeem van landgebruik met zijn eigen kenmerken en strategieën (63). 1.2 Classificatie De hieronder beschreven inleiding tot classificatie is voornamelijk gebaseerd op Nair, 1993 (75). 6 1.2.1 Classificatie volgens structuur Structureel wordt een onderscheid gemaakt volgens het type combinatie van componenten. Basiselementen die een AF­systeem opbouwen zijn : bomen en/of struiken7 (‘silvo’), landbouwgewassen (‘agro’) en/of grasland (‘pastoral’8) (26). Drie hoofdtypes kunnen daarmee onderscheiden worden (26, 75) : 1) silvoarable agroforestry9 : bomen worden gecombineerd met de teelt van akkerbouwgewassen10 op eenzelfde stuk land. 2) silvopastoral agroforestry : bomen worden gecombineerd met grasland op eenzelfde stuk land. 3) agrosilvopastoral agroforestry : bomen worden gecombineerd met akkerbouwgewassen én grasland op eenzelfde stuk land. 5 Een kritische analyse en beschrijving van de gestelde definitie zijn te vinden in Somarriba, 1992 (108). Een meer specifieke definitie dringt zich op, en lijkt ook nodig om toekomstige beleidsmaatregelen, zoals de reeds aangehaalde subsidies, in goede banen te leiden. Een te sterk kwantitatieve aflijning van AF is echter niet gewenst. Voor de juridische context wordt opnieuw verwezen naar de thesis van Anke De Dobbelaere. 6 Een overzichtsfiguur van de besproken indeling is te vinden in Bijlage 4. 7 Voor het verdere verloop van deze thesis worden als houtige component bomen aangenomen. 8 De Engelstalige term ‘pastoral’ betekent eigenlijk weiland. Grasland is echter een ruimer begrip. 9 Dit wordt gedurende dit werk afgekort als SAF. Dit werk is voornamelijk op deze systemen afgestemd. 10 Onder akkerbouwgewassen werden hier zowel graangewassen, groentegewassen en gewassen voor industriële verwerking bedoeld. Ook veevoedergewassen, behalve grassen, werden hierbij gerekend. 1 De aanwezigheid van een niet­houtige gewascomponent is echter geen specifieke vereiste. Ook systemen als apicultuur* of aquacultuur* in combinatie met bomen, of het telen van houtige gewassen als koffie, cacao, enz. onder bomen worden als AF beschouwd (75). Newmann en Gordon vermelden dat bijvoorbeeld het verzamelen van paddenstoelen in bossen die specifiek beheerd of gestructureerd werden om de productie aan paddenstoelen op te drijven volgens hen ook als AF aangeduid kan worden (41). De aflijning van wat wel en wat niet als AF beschouwd wordt, is nog zeer onduidelijk. Een verdere opdeling met betrekking tot structuur kan gemaakt worden naargelang de schikking van de componenten in ruimte en tijd (75). 1.2.1.1 Ruimtelijk Bomen kunnen willekeurig verspreid staan over het landbouwperceel, of kunnen gestructureerd zijn volgens een patroon in of rondom het perceel (105). Enkele mogelijkheden worden geïllustreerd in Figuur 1. Figuur 1 : De verspreiding van bomen op een landbouwperceel. De cirkels zijn loodrechte projecties van bomenkruinen, de kruisjes stellen de aanwezigheid van een landbouwgewas voor. Links : de bomen staan gezoneerd rondom het veld. Midden : de bomen staan willekeurig doorheen het veld. Rechts : de bomen staan gezoneerd volgens enkelvoudige bomenrijen doorheen het veld. Bron : (26). Een AF­systeem kan verder gekarakteriseerd worden via de boom­ en gewasdensiteit11. Dupraz en Liagre onderscheiden additieve­, substitutie­, en intermediaire­systemen aan de hand van een coëfficiënt van densiteit (CDE) die berekend wordt als CDE = �� �� � �� �� met d1 en d2 de densiteiten van boom­ en gewascomponent in het AF­systeem en D1 en D2 de respectievelijke densiteiten van diezelfde boom­ en gewassoort onder conventionele reinculturen*12 (29). In een additief systeem worden boom­ en gewascomponent gecombineerd, beiden in een densiteit als onder reincultuur (CDE=2). In een substitutie­systeem krijgt elke plant de ruimte zoals hij die zou krijgen onder reincultuur (CDE=1). Intermediaire systemen zitten er tussenin (1<CDE<2) (29). In de gematigde streken zullen omwille van de gemechaniseerde landbouw vooral evenwijdige bomenrijen (enkele of meervoudige) gehanteerd worden, maar de afstand tussen de rijen en tussen de bomen in een rij kan sterk variëren naargelang het systeem. Door dunningen* of het wijzigen van de gewasoppervlakte kunnen densiteiten bovendien variëren doorheen de tijd (29). Systemen met bomenrijen doorheen het veld kunnen nog variëren naargelang de oriëntatie van de boomrijen wat, zoals besproken zal worden in sectie 1.7.1, een niet onbelangrijk aspect vormt. Naast deze indeling volgens structuur kan een ander onderscheid nog liggen in het feit dat de aanwezige bomen allemaal van dezelfde soort kunnen zijn of dat verschillende soorten door elkaar gebruikt kunnen worden. 11 Aantal planten per hectare (ha). Reincultuur is een landbouwkundige term. Voor de boomcomponent wordt hiermee bedoeld : de densiteit in een homogene aanplanting van de boomsoort. 12 2 1.2.1.2 Temporeel De verschillende componenten van AF, veronderstel hier bomen en landbouwgewassen, kunnen gelijktijdig (simultaan) aanwezig zijn of kunnen elkaar opvolgen in een rotatie (sequentieel) (26). Dupraz en Liagre delen systemen op volgens drie strategieën, zijnde stabiele, evolutieve en kortstondige AF (29). Als stabiel beschouwen ze een systeem met minder dan 51 bomen per ha, waarbij het telen van tussengewassen13 rendabel kan blijven gedurende de gehele levensduur van de bomen. Een tussengewas produceert een opbrengst als onder reincultuur over minstens de helft van de levensduur van de bomen, en indien de gewasproductie nabij de bomen toch te laag wordt, kan de gewasoppervlakte wat ingekort worden om de economische rendabiliteit van de gecultiveerde zone te behouden. Evolutieve AF duidt op systemen met hogere boomdensiteiten, namelijk 51 tot 156 à 200 bomen per ha, waardoor de tussengewasoppervlakte verkleind en/of met meer schaduwtolerante gewassoorten beteeld zal moeten worden na verloop van tijd. In een kortstondig systeem kunnen door een hoge boomdensiteit, 156 à 200 bomen per ha, gewassen enkel gedurende de initiële jaren geteeld worden. Dit laatste valt te aanzien als het telen van gewassen gedurende de eerste jaren van een boomaanplanting (29). Ook bij dit laatste systeem kan de oppervlakte van het tussengewas ingekort worden doorheen de jaren. Voor Figuur 2 werd aangenomen dat de gewasoppervlakte niet ingekort wordt bij het stabiel systeem, maar wel bij het evolutief en kortstondig systeem. jaren 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 simultaan - stabiel boomcomponent gewascomponent simultaan - evolutief boomcomponent gewascomponent sequentieel boomcomponent gewascomponent kortstondig boomcomponent gewascomponent Figuur 2 : Het verloop van een stabiel, evolutief, sequentieel en kortstondig AF­systeem. De verticale streepjes duiden op oogst. Witte stukken betekenen dat de betreffende component niet aanwezig is. Hier wordt verondersteld dat gewerkt wordt met landbouwgewassen die jaarlijks geoogst worden. Het evolutief systeem wordt voorgesteld als het geleidelijk verkleinen van de gewasoppervlakte doorheen de jaren en het wijzigen van het soort tussengewas (kleur) na enkele jaren. Om de figuur overzichtelijk te houden werd de boomrotatie bij het sequentieel systeem kort (tien jaar) gehouden. Dit kan wanneer bijvoorbeeld stikstoffixerende bomen aanwezig zijn gedurende een braakperiode in tropische gebieden. Gedurende dergelijke korte periodes kunnen in de gematigde streken geen voldoende grote houtvolumes bereikt worden om economisch waardevol genoeg te zijn, en zo’n lange braakperiodes komen hier ook niet voor. Bron : naar (26, 29). 13 In simultane silvoarable AF­systemen met gezoneerde bomenrijen doorheen het veld wordt het gewas geteeld tussen de bomenrijen, waardoor men vaak spreekt van ‘tussengewas’. In deze thesis, waar de focus gelegd werd op deze simultane silvoarable AF­sytemen, is er geen verwarring tussen simultane en sequentiële systemen en werden de termen gewas en tussengewas door elkaar gebruikt. 3 1.2.2 Classificatie gebaseerd op functies Aangezien minstens één van de componenten als een gewas beheerd wordt (108), omvat AF altijd een productiefunctie. Het behouden of introduceren van bomen kan wel gebeuren omwille van verschillende redenen. Figuur 3 toont verschillende ecosysteemdiensten* en functies beschreven volgens MEA (Millennium Ecosystem Assessment)*, hier toegepast op AF­systemen. Naargelang de relatieve dominantie van een van deze functies, of het relatieve belang die aan het invoeren van bomen gehecht wordt, kunnen AF­systemen op deze manier verder gekarakteriseerd worden. Omdat AF zowel productie van landbouwgewassen én houtproductie én andere ecosysteemdiensten omvat, kan het zich onderscheiden van andere landgebruiksystemen (75). De keuze van de boomsoort(en) wordt best afgewogen zodat multifunctionaliteit zo optimaal mogelijk vervuld kan worden. Figuur 3 : Mogelijke ecosysteemdiensten van agroforestry. Bron : naar (5, 68, 103). 1.2.3 Ecologische classificatie Klimaat en bodemtype zijn belangrijke factoren die bepalen welke landgebruiksmogelijkheden en welke plantensoorten mogelijk zijn op een bepaalde locatie. Vooral limiterende factoren die groei en productie beperken kunnen als classificatie­element gebruikt worden. McAdam et al. en Eichhorn et al. maken bijvoorbeeld een onderscheid tussen Mediterraan en meer noordelijk Europa en stellen dat in Mediterraan Europa voornamelijk waterbeschikbaarheid en in Noord­Europa relatief gezien vooral licht als limiterende factor kan optreden (30, 66). 1.2.4 Socio­economische classificatie Onder socio­economische criteria zitten de schaal van productie en technologiegraad vervat, alsook het beheer en het doel van de output. Een systeem kan grootschalig, medium­ of kleinschalig zijn. Inzake kosten­baten verhoudingen maakt Lundgren een onderscheid in commerciële­, intermediaire­ en subsistentie­systemen (64). Commerciële systemen zijn deze waarbij de productie van een output verkoop als hoofddoel kent. Subsistentie systemen zijn deze waarbij de beheerder doelt op het produceren van producten om zijn eigen behoeftes te vervullen, en dus niet gericht is op verkoop voor de markt. Intermediaire zijn deze die tussen beide vorige categorieën vervat zitten (26, 75). 4 1.3 Ecologische interacties in agroforestry­systemen Planten hebben hulpbronnen nodig om te kunnen groeien, namelijk licht, water en nutriënten. Wanneer planten samengroeien zullen logischerwijs ook interacties ontstaan met betrekking tot deze bronnen. Interacties verwijzen naar het effect van een plant of plantensoort op de performantie* van een andere en dus ook op de performantie van het totale systeem (75). Ze kunnen opgedeeld worden in symmetrische en asymmetrische en vervolgens als positieve (synergistische), neutrale (additieve) en negatieve (antagonistische) wisselwerkingen (5). Een symmetrische interactie tussen twee soorten duidt aan dat beide soorten beïnvloed worden door de aanwezigheid van de andere en dit proportioneel met grootte. Een asymmetrische relatie ontstaat wanneer de ene soort de andere beïnvloedt, maar zelf geen of geen significant effect ondervindt van de aanwezigheid van de andere soort. Het verschil tussen synergistisch, additief en antagonistisch kan beschreven worden aan de hand van de performantie van een systeem (Figuur 4 links) en met behulp van de onderverdeling in interacties naargelang het effect dat ze veroorzaken (Figuur 4 rechts). Figuur 4 : Interspecifieke* interacties met betrekking tot een hulpbron tussen componenten in AF­systemen, en hun effect op de performantie van het systeem. Links : een schematische voorstelling van synergistische, additieve en antagonistische effecten op de performantie van een virtuele menging van twee soorten. Bron : (5). Rechts : types interacties en hun bijhorende effecten. Bron : naar (53 ­> Perry, 1994°). Veronderstel dat twee samenlevende plantensoorten in dezelfde periode groeien en hulpbronnen uit dezelfde bodemgedeeltes opnemen. Indien deze soorten elkaar voor geen enkele hulpbron beïnvloeden, dan is de interactie neutraal en additief zodat de totale productiviteit van het gemengd systeem bekomen kan worden door de productiviteiten van de individuele soorten op te tellen rekening houdend met de oppervlakte die ze innemen bij de menging (worden bomen en gewassen gecombineerd dan kunnen productiviteiten niet zomaar opgeteld worden : zie sectie 2.2.9). Wanneer een soort door het wijzigen van de omgeving, bijvoorbeeld via aanrijking met organisch materiaal (OM), het creëren van een microklimaat, het realiseren van bodemfysische verbeteringen, enz., een gunstige invloed uitoefent op de groei en ontwikkeling van een andere soort dan is er een synergistische interactie (commensalisme), welke op zich de totale productiviteit van het systeem positief beïnvloed. Omgekeerd, wanneer een soort door het wijzigingen van de omgeving, bijvoorbeeld door licht­, water­, of nutriëntenbeschikbaarheid voor een andere soort te reduceren, een negatieve invloed uitoefent op die soort dan is er een antagonistische interactie (amensalisme of competitie) die op zich de productiviteit negatief beïnvloedt. Het netto­resultaat van alle interacties 5 die zich in dit systeem voordoen zullen leiden tot ofwel een grotere of een lagere totale productiviteit in vergelijking met wat verwacht zou worden wanneer productiviteiten opgeteld worden in de veronderstelling van neutrale interacties (Figuur 4). Verschillende interacties kunnen in verband staan met elkaar. Facilitatie14 met betrekking tot een hulpbron, kan namelijk leiden tot grotere competitie met betrekking tot een andere hulpbron. Stikstoffixatie door een plant en gedeeltelijk vrijstelling van die stikstof (N) voor een geassocieerde plant (commensalisme), kan leiden tot een betere groei voor deze laatste en daarom bijvoorbeeld tot grotere competitie voor water (29). Wordt er verondersteld dat de groeiperiodes en plaatsen waar hulpbronnen opgenomen worden niet per se dezelfde moeten zijn voor de twee soorten, dan ligt de situatie anders. De theorie van nichedifferentiatie stelt namelijk dat verschillende soorten op een andere manier kunnen omgaan met licht, water en nutriënten (90, 105) en dit kan zowel zijn in ruimte of tijd (86). Met een geschikte combinatie van soorten is co­existentie daarom mogelijk zonder veel aan productiviteit van de componenten in te boeten. Een van de hoofdargumenten van AF is dat via een geschikte en beredeneerde menging van componenten negatieve interacties geminimaliseerd kunnen worden en dat er efficiënter gebruik gemaakt kan worden van ruimte en hulpbronnen (86), zodat de totale productiviteit van een AF­systeem hoger kan zijn in vergelijking met reincultuursystemen (29). Dit verwijst naar het concept van complementariteit, welk optreedt wanneer soorten er samen in slagen om de beschikbare hulpbronnen beter de exploiteren dan eender welke van de samenstellende soorten alleen (5). Complementariteit op zich gaat niet om een rechtstreekse wisselwerking tussen planten, maar kan wel een gevolg zijn van, en kan leiden tot interacties. Complementariteit en specifieke voorbeelden van interacties worden verder doorheen dit werk aangehaald. 1.3.1 Bovengrondse interacties Bomen creëren een microklimaat door het reduceren van windsnelheden en via schaduwworp (86). De belangrijkste bovengrondse beïnvloeding betreffende de gewasbiomassaproductie is deze voor licht, andere effecten hebben betrekking met de lagere windsnelheden. Om interesse in AF te promoten is het belangrijk om aan te tonen dat voldoende productiviteit bekomen kan worden van de gewassen in de microklimaatomgeving van de bomen, waarbij rekening gehouden moet worden dat deze microklimaatomgeving sterk varieert doorheen de tijd (62). 1.3.1.1 Effecten van bomenrijen op instraling en netto­straling De zon zendt kortgolvige straling15 uit waarvan een gedeelte rechtstreeks het aardoppervlak bereikt (directe straling) en een deel het oppervlak bereikt via weerkaatsing door luchtdeeltjes (diffuse straling) (112). Een fractie van de straling die op het aardoppervlak terechtkomt, wordt weerkaatst en terug opwaarts gestuurd (reflectie). De aarde zelf zendt langgolvige straling uit, waarvan een gedeelte weerkaatst wordt door atmosferische gassen. Netto­straling (Rn [W/m²]) komt uiteindelijk tot stand door zowel rekening te houden met opwaartse en neerwaartse en kortgolvige en 14 Facilitatie staat niet opgenomen in de indeling van interacties in Figuur 4, maar verwijst naar een interactie waarbij er een positief effect is op een van de soorten. Facilitatie vanuit dit opzicht omvat zowel mutualisme, commensalisme en parasitisme. 15 Kortgolvige straling omvat straling met golflengtes tot 3µm. Voorbij 3µm wordt van langgolvige straling gesproken (112). 6 langgolvige stralingscomponenten : Rn = (1­α) * Ki + (Li – Lu) met α = reflectiecoëfficiënt [/]16, Ki = kortgolvige instraling [W/m²], Li = langgolvige instraling [W/m²] en Lu = langgolvige uitstraling [W/m²] (112). De aanwezigheid van bomenrijen in een AF­systeem beïnvloedt deze stralingscomponenten en beïnvloedt daardoor ook het tussengewas (16). Bomen werpen schaduw, waardoor een gedeelte van het tussengewas minder instraling ontvangt in vergelijking met gewassen onder reincultuur. Op hetzelfde moment kunnen bomen in een volgende bomenrij17 straling reflecteren naar het gewas en tot een positief effect leiden. De bomen reflecteren een gedeelte van de instraling, maar intercepteren tegelijk ook een fractie van de door het gewas opwaarts gereflecteerde straling. Afhankelijk van het dominerend effect zal de totale reflectiecoëfficiënt van de vegetatie (bomen+gewas) stijgen of dalen. Zoals verder besproken zal worden, gaan bomenrijen de bodemtemperatuur in hun nabijheid beïnvloeden, wat de uitstraling beïnvloed. Planten zenden ook zelf ook langgolvige straling uit. De netto­straling voor een AF­perceel zal daarom verschillend zijn in vgl. met deze voor een conventioneel landbouw­ of bosperceel. 1.3.1.2 Schaduwworp Groei en dus biomassaproductie zijn onder andere afhankelijk van de hoeveelheid PAR­straling*die een plant intercepteert en de efficiëntie waarmee die straling omgezet wordt in biomassa (101). De boomcomponent in een AF­systeem beïnvloedt de potentiële productie* van het tussengewas door modificatie van zowel lichtkwantiteit en lichtkwaliteit (7, 95 ­> Mosquera­Losada et al., 2005°). Het licht bereikt eerst de bomen die een gedeelte van dat licht intercepteren en slechts een gedeelte doorlaten voor het gewas of de bodem. De hoeveelheid licht beschikbaar voor het tussengewas kan aanzien worden als de som van het licht dat langs de bomen gaat en de hoeveelheid licht die door de kronen doordringt (transmissie) (93, 49). Met betrekking tot transmissie verandert de kwaliteit van het licht want bomen intercepteren vooral de rode en blauwe porties van het zonnespectrum18 zodat diffuse radiatie onder de boomkruinen rijker zal zijn aan oranje, gele en groene golflengtes (7, 53 ­> Krueger, 1981°) en nabij­infrarode19 golflengtes (72, 94) in vgl. met de golflengte­verhoudingen van instraling die rechtsteeks het gewas bereikt. Deze lagere kwantiteit en kwaliteit20 aan licht vanwege schaduwworp kunnen de groei en ontwikkeling aan de grenzen of over een gehele tussengewasstrook21 (afhankelijk van de boomdensiteit en breedte van de gewasstrook) afremmen en zo de gewasopbrengst reduceren. Gezien de bomen voor licht niet beïnvloed worden door het tussengewas is de interactie tussen de bomen en het gewas voor licht een asymmetrische interactie, die meestal antagonistisch is (amensalisme). Verder in deze sectie zal aangehaald worden dat schaduw soms ook synergistisch (commensalisme) kan zijn. De eigenschappen van de schaduwzones die bomen werpen zijn afhankelijk van breedteligging, seizoen, tijdstip van de dag, grootte en vorm van de boomkronen, oriëntatie van de bomenrijen, het aantal bomen en hun schikking (93) en zijn dus ook afhankelijk van leeftijd, boomsoort, boomdensiteit en het gevoerde beheer. De vorm, oppervlakte en locatie van de schaduw geworpen 16 Eenheden worden weergegeven tussen vierkante haakjes. ‘[/]’ betekent dat er geen eenheid is. Veronderstel een systeem met gezoneerde bomenrijen doorheen het veld (zie Figuur 1 : rechts). 18 Zonnestraling wordt opgedeeld volgens golflengtes en dit verloop vormt het zonnespecrum. 19 Straling met golflengtes tussen 0.7 en 1.3µm. 20 Planten absorberen vooral de rode (straling met golflengtes ca. 0.6­0.7µm) en blauwe (straling met golflengtes ca. 0.4­0.5µm) stralingscomponenten (106). Op kwaliteit van licht werd niet verder ingegaan. 21 Een strook tussengewas aanwezig tussen twee opeenvolgende bomenrijen in een gezoneerd SAF­systeem. 17 7 door een enkele boom varieert met de schijnbare beweging van de zon aan de hemel, dit leidend tot temporele en spatiale variatie in schaduwoppervlakte en schaduwintensiteit doorheen de dag, zoals aangegeven in Figuur 5 (76). Indien de boomkruin als een ellips beschouwd wordt, dan werpt een opgesnoeide boom een ellipsvormige schaduw die op dagniveau vooral in lengte verandert en weinig in breedte (76). Op dagniveau geïntegreerd, wordt een sikkelvormig schaduwpatroon bekomen gelegen aan de noordzijde van een boom (Figuur 5 : midden)(76). Figuur 5 : Schaduwworp van een enkele boom op verschillende tijdstippen van de dag (onderste figuur). De zwarte bollen zijn verticale projecties van bomenkruinen. De grijze arceringen zijn schaduwpatronen voor verschillende tijdstippen op de dag. De afbeelding in het midden toont het geïntegreerd schaduwpatroon op dagniveau. Bron : (76). Zoals vermeld ontvangen bomen ook diffuse straling. Het schaduwpatroon dat ze daarbij werpen valt te beschouwen als een cirkelvormige schaduw met de boom als centrum, want diffuse straling wordt namelijk als uniform, gelijk in alle richtingen, beschouwd (29). Figuur 6 toont het totale schaduwpatroon, als som van rechtstreekse en diffuse schaduw, op dagniveau respectievelijk voor een zomersituatie, voor een lente­ of herfstsituatie en voor een wintersituatie. Op basis hiervan is het duidelijk dat schaduw verder van de bomen valt in de winter, en dichter bij de bomen zelf valt in de zomer (29). Figuur 6 : Hypothetische gesimuleerde geïntegreerde schaduwpatronen van een enkele boom (Juglans spp.) (16m hoog, opgesnoeid tot 6m takvrije stam en een kroon van 8m diameter die naar een ellipsoïdevorm vereenvoudigd werd) op dagniveau voor de vier verschillende seizoenen. Het omcirkelde zwarte punt stelt telkens de loodrechte projectie van het centrale punt van een boomstam voor. De kleuren wijzen op de fracties van PAR­instraling die de bodem bereiken zoals aangegeven met de legende uiterst rechts. Links : totaal schaduwpatroon (schaduw van diffuse en rechtstreekse straling) van een boom op een zonnige zomerdag. Midden: totaal schaduwpatroon van een boom in de lente of herfst. Rechts : totaal schaduwpatroon op een winterdag (opmerking : deze werd voorgesteld met een groter verloop op x­ en y­as aangezien schaduw verder wordt geworpen vanwege de langere zonnestand). De figuren werden gesimuleerd voor een breedtegraad van 44° NB (noorderbreedte). 1 centimeter (cm) op de x­as is ongeveer 16m in realiteit. Bron : (29, 142). 8 Het globaal schaduwpatroon op jaarniveau kan dan weergegeven worden met Figuur 7 (links). Figuur 7 (midden en rechts) toont ook aan wat het gevolg is wanneer gezoneerde bomenrijen doorheen een perceel aanwezig zijn zodat schaduwpatronen elkaar overlappen. Figuur 7 : Gesimuleerde geïntegreerde totale schaduwpatronen op jaarniveau. De groene cirkels duiden de positie van een boom aan. De kleuren wijzen op de fracties van PAR­instraling die de bodem bereiken. Links : totaal schaduwpatroon op jaarniveau voor één boom te Lyon (44° NB). Midden en rechts : superpositie van schaduwpatronen voor volwassen bomen in een aanplanting volgens verschillende boomdensiteiten. Bron : (29). Gedurende de eerste jaren van een SAF­systeem, wanneer de bomen nog klein zijn, valt er geen significante reductie in gewasopbrengst op te merken als gevolg van schaduwworp (29). Naarmate bomen groeien en meer schaduw werpen zullen tussengewassen echter meer in de problemen komen. Dupraz en Liagre stellen op basis van experimenten dat boomschaduw geen significant negatieve impact lijkt te hebben op het tussengewas wanneer de beschikbare instraling hiervoor groter of gelijk is aan 80% van de straling in het vrije veld (29). Voor waarden onder 50% kunnen gewasgroei en rendement wel sterk negatief beïnvloed worden (29). Sharrow vermeldt dat de productie van voedergewassen vlug kan dalen wanneer bomenkruinen meer dan 35% van het grondoppervlak bedekken (102). Schaduwworp buiten het groeiseizoen van de bomen is niet onbelangrijk. In een systeem onder hoge boomdensiteit (140 opgesnoeide bomen per ha met een hoogte van 10 à 15m) kunnen tijdens de winter de stammen en takken de hoeveelheid beschikbaar licht voor het tussengewas reduceren met bijna twintig percent (29). De gevolgen van schaduw voor het tussengewas zijn afhankelijk van de koolstoffixatie­pathway* van een gewas (53). Huidige kennis stelt dat in een geschikte omgeving een reincultuur van een C4­gewas (bvb. : maïs (Zea mays L.)) de maximale fotosynthetische* efficiëntie levert (8). C4­planten hebben normaal gezien een hogere fotosynthesesnelheid dan C3­planten omdat bij C4­planten geen fotorespiratie* optreedt (8, 111). C4­planten hebben een competitief voordeel op C3­gewassen in omstandigheden van hoge temperaturen, droogte en stikstof­ of CO2­limitatie. De fotosynthesesnelheid van C3­planten stijgt wanneer PAR­straling stijgt van diepe schaduw tot ongeveer 50% van vol zonlicht, maar blijft verder constant bij een verdere toename aan PAR­straling (7, 53) (zie Figuur 8). Bladeren van C3­planten zijn wel efficiënt bij lagere lichtintensiteiten, maar worden vlug lichtgesatureerd (8). Bij C4­planten treedt lichtsaturatie niet op en de netto­ fotosynthese blijft stijgen tot vol zonlicht (53). Optimale temperaturen voor fotosynthese liggen lager bij C3­planten (20­30°C) dan bij C4­planten (>30°C) (7, 111). Theoretisch zouden in schaduwomstandigheden C3­planten in staat moeten zijn om beter te renderen dan C4­planten, waardoor Jose et al. stellen dat C3­planten meer geschikt kunnen zijn in een AF­context (53). Simpson stelt dat boomdensiteiten die de lichthoeveelheid met niet meer dan 50% reduceren, een 9 C3­tussengewas toelaten te functioneren op zijn volle fotosynthetische potentieel (104), en toonde aan dat C4­planten effectief gevoeliger zijn voor schaduw (104). C4­planten zijn wel efficiënter in watergebruik in termen van DS­productie. Jorgenson bijvoorbeeld stelt dat, onder geschikte temperatuurcondities, de WUE22 van C4­planten bijna dubbel zo hoog kan zijn als deze van C3­ planten (51), wat hen dan toch goede kandidaten maakt in situaties met potentieel watertekort. 23 Figuur 8 : Netto­fotosynthese* als functie van fotonfluxdensiteit* (in µmol per m² per seconde) (Zea mays spp). als C4­plant en katoen (Gossypium L.) als C3­plant. Bron : (53). voor maïs Schaduw hoeft wel niet altijd een negatief effect uit te oefenen op tussengewassen. Lin et al. bemerkten bij onder andere veldbeemdgras (Poa pratensis L.), timotheegras (Phleum pratense L.), witte klaver (Trifolium repens L.) en luzerne (Medicago sativa L.), gedurende de zomer­herfst periodes van 1994 en 1995, geen significante reducties in drogestofproductie (DS­productie) bij 50% (kunstmatige) schaduw in vgl. met een vol­zonlicht omgeving (62). Voor Kweekdravik (Bromopsis inermis subsp. inermis) bleek het gemiddeld drooggewicht zelfs groter te zijn onder 50% schaduwomstandigheden (62). Clinch et al. merkten dat de performantie van wilg in KOH* onder gematigde schaduwomstandigheden, vanwege een combinatie met twintigjarige bomenrijen24 (15*5m plantverband*25), hoger was dan deze van wilg als reincultuur (20). Een hogere graad van overleving en biomassaproductie werd toegeschreven aan een significant hoger bodemvochtgehalte in de AF­context vanwege schaduw (20). Niet alleen de opbrengst van een gewas, maar ook andere factoren kunnen beïnvloed worden. Dupraz en Liagre signaleerden hogere proteïnegehaltes (gehaltes van 15 à 18%) voor durumtarwe (Triticum durum Desf.) opgegroeid in semi­beschaduwde AF­percelen tegenover gehaltes van 10 à 13 % voor durumtarwe als reincultuur (29). Sharrow beschrijft dat een voedergewas dat groeit bij meer schaduw en bij lagere windsnelheden de neiging krijgt om trager te rijpen waardoor het vezelgehalte lager wordt en het gewas beter verteerbaar wordt in vgl. met voedergewassen in volle zon en wind (102). Schaduw kan ook de opkomst en dus de competitieve invloed van onkruiden reduceren (75). 22 WUE = water use efficiency. De efficiëntie stijgt als minder water nodig is per gram geproduceerde biomassa. Op zonnige dagen zijn waarden tot 1600 à 1800µmol PAR per m² per seconde niet onwaarschijnlijk in België. 24 KOH­wilg onder bomenrijen werd de auteur ook als AF beschouwd. 25 Plantverbanden worden doorheen dit werk aangeduid als x*xm waarbij de eerste x staat voor de afstand (in meter) tussen bomenrijen (rijafstand) en de tweede x staat voor het aantal meter tussen opeenvolgende bomen in eenzelfde rij. 23 10 Schaduwworp reduceert niet alleen de hoeveelheid licht die het gewas kan bereiken, maar leidt ook tot lagere temperaturen. Dit kan warmtestress bij gewassen en/of dieren verminderen gedurende warme perioden (53). In silvopastoral­AF­systemen26 kan de reductie van warmtestress bij dieren zich onrechtstreeks uiten in een hogere melkproductie en betere melkkwaliteit (86). In schaduwomstandigheden is er namelijk minder energie nodig voor thermoregulatie waardoor meer energie gebruikt kan worden voor het omzetten van voedsel in biomassa (53). In warmtestress­ omstandigheden gaan kalveren bovendien minder eten om metabolische warmteproductie te reduceren (71). Mitlohner et al. vonden in een studie gedurende twee zomerperiodes in Texas dat kalveren onder schaduwomstandigheden hun doelgewicht twintig dagen vroeger bereikten in vgl. met vee in niet­schaduwomstandigheden (71). Ook in silvopastoral­systemen met kippen werden positieve interacties beschreven. Bomen bieden bescherming en schaduw en leiden tot minder psychologische stress voor kippen (77), terwijl Ponder et al. grotere boomhoogtes en stikstofgehaltes vaststelden wanneer drie jaar oude zwarte walnoten (3.6*2.5m)27 eenmalig bemest werden met grote hoeveelheden pluimveemest (6.72 tot 13.44 ton per ha)(85). Veranderingen in een tweede jaar waren echter niet significant en ook voor oudere bomen werd geen effect vastgesteld (85). 1.3.1.3 Windschermeffect van bomenrijen Het windschermeffect van een enkele bomenrij kan geïllustreerd worden met Figuur 9. Zoals het verticaal windprofiel A aangeeft, neemt, onder neutrale atmosferische omstandigheden28, de windsnelheid logaritmisch toe met de hoogte (19). Nabij het oppervlak wordt de wind namelijk afgeremd door wrijving, die groter is naarmate het oppervlak ruwer is (16). Op een afstand van ongeveer vijf keer de boomhoogte aan de loefzijde* van het scherm29 begint de lucht op een hoogte, lager dan de hoogte van het scherm, snelheid te verliezen (19)(omwille van een verhoogde druk door botsing van luchtdeeltjes met het scherm (16)). Een gedeelte van de wind dringt door het scherm en verliest snelheid omwille van wrijving met de ruwheid van de vegetatie (C)(19), het ander gedeelte wordt over het scherm gestuwd onder hogere windsnelheden (B)(6). Voorbij het scherm wordt een stille zone (D) gevormd. Deze zone is onderhevig aan lagere windsnelheden en turbulentie. De grootte ervan is afhankelijk van karakteristieken van het scherm. Boven die zone is er de menglaag (E)(16), met meer turbulentie, die zich geleidelijk aan verticaal uitbreidt en tot herstel van het windprofiel leidt (F)(19). De totale oppervlakte die beïnvloedt wordt door de bomenrij wordt beschermde of beschutte zone genoemd. Figuur 9: Luchtstroomregio’s en hypothetische verticale windprofielen van gemiddelde horizontale windsnelheden op verschillende afstanden van het windscherm voor neutrale atmosferische condities en met een windrichting loodrecht op het scherm. Bron : (19 ­> Judd et al., 1996°). 26 Voor terminologie zie sectie 1.2 Dit verwijst naar het plantverband. 28 Normale windsnelheden en geen te sterke opwarming van het aardoppervlak. 29 In deze thesis wordt met scherm (=windscherm) een bomenrij bedoeld. 27 11 De efficiëntie van een windscherm wordt bepaald door de grootte van de reductie in windsnelheid, de afstand waarover dit gebeurt en de manier waarop turbulentie beïnvloed wordt (19). Deze aspecten zijn afhankelijk van het type scherm en worden bepaald door factoren als lengte, breedte, hoogte, continuïteit, porositeit, oriëntatie van de bomenrijen en weersomstandigheden (6, 19, 89). De horizontale afstand waarover de bomenrij een invloed uitoefent wordt primair bepaald door de hoogte van het scherm en daarom worden afstanden tot de bomenrij uitgedrukt als veelvoud van die hoogte (H)(16). De reductie van windsnelheden zelf wordt vooral beïnvloed door de porositeit (16). Brandle stelt dat de lengte van het scherm minstens tien maal de hoogte moet zijn om randeffecten van windstromingen rondom de uiteinden van de bomenrijen te reduceren (6). Tabel 1 geeft windsnelheden, op verschillende afstanden van verschillende types windschermen, als percentages van ongestoorde windsnelheden. De windschermen leidden tot een afname van de windsnelheid zowel aan de loefzijde als aan de lijzijde*, maar de oppervlakte waarover de windsnelheid gereduceerd werd was groter aan de lijzijde (16). Windsnelheden werden gereduceerd over een afstand tot meer dan 3H 30 aan de loefzijde en tot ongeveer 30H aan de lijzijde van het scherm (6). Brandle vermeldt echter weinig informatie over deze gegevens. Naaldbomen leiden tot grotere reducties, wat logisch lijkt aangezien deze in tegenstelling tot bladverliezende bomen hun bladeren (naalden) niet afwerpen in de herfst. Er wordt verondersteld dat dit hier de reden vormt, en niet de structuur van de bomen op zich. Een meervoudige rij naaldbomen lijkt nog beter en zelf efficiënter te zijn dan een vaste muur. Tot op 5H31 leidt een scherm met een kleinere porositeit (grotere optische densiteit) tot grotere reducties in windsnelheid. Bij een vaste muur blijkt de grootte van de reductie vlug af te nemen met afstand tot de muur. De grootste reductie in windsnelheid bevond zich voor alle schermen op 5H, maar er zijn geen gegevens aanwezig over windsnelheden tussen 0H en 5H. Grafisch voorgesteld, zie Figuur 10, kunnen de gegevens van Brandle vergeleken worden met het gemiddeld beeld van het windreducerend effect van een windscherm met een porositeit van 50% (zwarte lijn op Figuur 10) uit Dua 1978 (16 ­> Dua 1978°). Hieruit blijkt dat de grootste reductie zich waarschijnlijk vroeger voordoet, namelijk tussen 0 en 5H. Tabel 1 : Reducties van windsnelheden op verschillende afstanden van een windscherm in de VS. Bron : (6). 30 3H = drie keer de gemiddelde boomhoogte van de bomen in de bomenrij (= het windscherm). Vanaf hier zijn positieve xH­waarden bedoelt voor afstanden vanaf de bomenrij aan de lijzijde van de rij en negatieve xH­waarden voor afstanden vanaf de bomenrij in de loefzijde. ­5H betekent bijvoorbeeld op 5H voor het scherm. 5H betekent op 5H achter het scherm. 31 12 Figuur 10 : Grafische voorstelling van de gegevens uit Tabel 1 samen met het gemiddeld beeld van het windreducerend effect van een windscherm met porositeit van 50%. U staat voor de windsnelheid achter het scherm en Uo staat voor ongestoorde windsnelheid. Bron : gegevens uit (6) en uit (16 ­> Dua, 1978°). Ook Quinkenstein et al. beschrijven dat een bomenrij als permeabel windscherm een langere beschutte zone bestrijkt in vgl. met een niet­permeabel scherm (zoals de vaste muur)(89). Het vergelijken van verschillende porositeiten van permeabele schermen is echter minder duidelijk. Chaves beschrijft dat poreuze schermen een minder goede windremmende werking hebben, maar dat omwille van de lagere turbulentie na het scherm, het langer kan duren vooraleer het oorspronkelijk windprofiel zich herstelt in vgl. met niet­ of minder poreuze schermen (16). Cleugh vermeldt dat enkele, maar niet alle studies deze conclusie bevestigen (19). Algemeen kan gesteld worden dat hogere bomenrijen die een meer gesloten scherm vormen tot grotere reducties in windsnelheid leiden (16). Windsnelheden worden 0 tot 85% lager over een zone van 0 tot minstens 10 à 15H door een medium­dens scherm, met een maximale reductie tussen 0 en 8H (3, 6, 16, 19). De reductie is het grootst als de bomenrij loodrecht op de windrichting staat ingeplant (6). Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat een scherm met een porositeit tussen 40% en 60% het meest geschikt lijkt (16). In combinatie van bomenrijen met gewassen moet, om een optimaal effect te bekomen, een afweging gebeuren tussen de gewenste sterkte van de windreductie en de gewenste grootte van de beschutte zone. Er zijn echter belangrijke nog te voeren onderzoeksaspecten. De bespreking tot nu toe was geldig voor één enkele bomenrij. In SAF­ systemen in de gematigde streken zullen echter, afhankelijk van het ontwerp, op regelmatige afstand evenwijdige bomenrijen aangeplant worden. Afstanden tussen opeenvolgende bomenrijen in AF kunnen, afhankelijk van het ontwerp en de leeftijd van het systeem, een stuk kleiner zijn dan vijftien of dertig keer de boomhoogte. In Vlaanderen zijn percelen namelijk relatief klein. Wanneer kleinere rijafstanden gebruikt worden tussen de bomenrijen kunnen andere luchtstroomregio’s en windreducerende effecten verwacht worden. Dit werd nog maar weinig onderzocht zodat geen eenduidige samenvatting kan gemaakt worden van hoe het microklimaat er nu effectief zal uitzien in een AF­systeem. Onderzoek lijkt hier dringend nodig. Om toch aan te geven wat mogelijke gevolgen zijn van het invoeren van bomenrijen op landbouwvelden worden hieronder enkele consequenties van gereduceerde windsnelheden, volgens de hierboven beschreven luchtstroomregio’s, aangehaald. De lagere windsnelheden hebben namelijk drie gevolgen : 13 1) Reductie van windschade Door het reduceren van windsnelheden beschermen bomenrijen het gewas op het achterliggend veld tegen windschade als legering, het breken en kneuzen van stengels, abrasie en het (af)scheuren van bladeren (19). Windsnelheden worden als schadelijk beschouwd wanneer ze hoger zijn dan 6 à 7 m/s (16 ­> Marshall, 1967°). Bomenrijen zijn echter geen optimale windschermen aangezien openingen tussen de stammen fungeren als windgaten (19), wat lokaal turbulenties en hogere windsnelheden kan veroorzaken en bijgevolg lokaal tot een grotere kans op legering kan leiden (6, 89). Een onderbegroeiing of het laten ontwikkelen van spontane vegetatie tussen de takvrije stammen32 van de bomen in het AF­systeem kan vanuit dit opzicht gunstig zijn. 2) Medefactor bij de vorming van een microklimaat Het effect van windsnelheden op het microklimaat valt moeilijk eenduidig te beoordelen aangezien rekening gehouden moet worden met allerlei gecombineerde effecten en met de specifieke omgevingscondities op een plaats. De luchttemperatuur, bodemtemperatuur, luchtvochtigheid, het bodemvochtgehalte, enz. vormen namelijk allen samen het microklimaat na of tussen bomenrijen, en niet enkel deze factoren op zich worden beïnvloed door de windsnelheid, maar ook hun onderlinge relaties (16 ­> Guyot, 1963°). Een van de belangrijkste factoren is de uitwisselingscoëfficiënt33 die, omwille van lagere windsnelheden, kleiner wordt over een afstand 6 tot 10H en groter wordt voorbij 10H tot aan het eind van de beschuttingszone in vgl. met die coëfficiënt in een onbeschutte zone (16). Lucht­ en bodemtemperatuur Cleugh stelt dat het in de stille zone warmer zal zijn omdat de verminderde turbulente uitwisseling de afvoer van warmte vermindert, en dat het in de rest van de beschermde zone kouder zal zijn in vgl. met het open veld (19). Chaves deelt het veld achter een bomenrij op in drie zones op basis van de luchttemperatuur : over een afstand van 1H(34) blijft de luchttemperatuur ongeveer gelijk aan die in open veld, vervolgens is er een zone over een breedte van 6 tot 10H met luchttemperaturen die 2 à 3°C hoger zijn en vanaf 10H à 11H tot aan het einde van de beschutte zone is de temperatuur een twee­ tot drietal graden lager. Deze temperatuurswijzigingen lijken op zich niet belangrijk, maar hogere temperaturen kunnen een rol spelen bij de afrijping van gewassen. Gemiddelde bodemtemperaturen lijken tot op 6 à 10H vanaf de bomenrij net iets hoger te zijn (tot 1 à 3°C) in vgl. met niet beschutte zones (16). Net naast de bomen leidt schaduw wel tot lagere temperaturen (2 à 3°C lager in vgl. met het open veld). Reflectie kan lokaal de bodemtemperatuur iets opdrijven (6). Lucht­ en bodemvochtgehalte Cleugh stelt dat het in de stille zone vochtiger zal zijn omdat de verminderde turbulente uitwisseling de afvoer van waterdamp vermindert, en dat het in de rest van de beschermde zone droger zal zijn (19). Over transpiratie en evapotranspiratie is er nog weinig duidelijkheid. Chaves vermeldt op basis 32 Zie snoei in sectie 1.7.3 Bomenrijen als windscherm verlagen de turbulentie in de stille zone en verhogen de turbulentie in de menglaag. De uitwisseling van warmte, waterdamp, enz. tussen verschillende luchtlagen wordt hierdoor beïnvloed. 34 Ook schaduw speelt hier mee. 33 14 van literatuurstudie dat luchtvochtgehaltes meestal hoger bleken te zijn in beschutte zones in vgl. met het open veld (16). Met betrekking tot evaporatie vermeldt Chaves, op basis van literatuurstudie, dat evaporatie meestal gereduceerd werd met 20 à 30% tot over een afstand van 10 à 15H vanaf een bomenrij (16). Bomenrijen kunnen onder andere daarom het bodemvochtgehalte verhogen (5 tot 20%) tot over een afstand van 10 tot 15H. Net naast de bomen is door wateropname van de bomen het bodemvochtgehalte wel lager (16). Boomstrooisel kan de infiltratie van regenwater opdrijven en de evaporatie van bodemwater verder reduceren. Warmere bodems die minder vocht verliezen via evaporatie kunnen vroege kieming en plantengroei aanmoedigen (19). Wang vermeldt, verwijzend naar de resultaten van Wei (Wei, 1986°), dat in een SAF­experiment in China met Paulownia (Paulownia spp.)­bomen35, de bomen tijdens de periode van korrelvulling van wintertarwe de windsnelheden met 45 tot 50% reduceerden, de relatieve luchtvochtigheid met 5 tot 17% opdreven en evaporatie met 15 tot 30% deden dalen. Het bodemvochtgehalte in de bovenste bodemlaag steeg met 5 tot 15 % (124). Dit komt ongeveer overeen met Postma die resultaten van Pollard (op basis van verschillende experimenten) samenvat door te vermelden dat door bomenrijen windsnelheden tot 60% gereduceerd konden worden waardoor bodemevaporatie tot 30% lager kon zijn en het bodemvochtgehalte tot 20% hoger kon blijven (86). 3) Reductie in winderosie Door de lagere windsnelheden wordt winderosie gereduceerd wat zowel de bodem als de planten beschermt en kan bijdragen tot een betere luchtkwaliteit. Aangezien met de wind aangevoerde bodemdeeltjes bacteriën en schimmelziektes kunnen dragen, en tegelijk schade kunnen toebrengen aan het gewas waarlangs de ziektes kunnen binnendringen, kan een reductie in winderosie tot een reductie in gewasziektes leiden (6). Los van de windschermfunctie kan hier een korte koppeling gemaakt worden met watererosie. Bomen beschermen namelijk de bodem tegen zowel water­ als winderosie en ze kunnen er tegelijk eventueel aanwezige waterlopen helpen vrijwaren tegen eutrofiëring en vervuiling. Door de aanwezigheid van bomen hebben meststoffen en chemische bestrijdingsmiddelen namelijk minder kans om via afvloei de waterstromen te bereiken. Met betrekking met watererosie moet gesteld worden dat bomen met grote bladeren wegens het afdruipen kunnen leiden tot meer geconcentreerde geulvorming. Wel verhogen zowel bomen als tussenplanten de porositeit van de bodem (29) en is de totale wateropname in een AF­systeem hoger36 t.o.v. een reincultuur zodat de bodem minder vlug verzadigd wordt. Vaak wordt ook een grondverhoging opgemerkt tussen de bomenrijen vanwege strooiselval en bodembewerkingen (29). Udawatta et al. vonden dat het sedimentverlies van weilanden met bomen langs de randen over een vijfjarige periode slechts 51% was (47kg/ha) van het sedimentverlies in weilanden zonder bomenranden (91kg/ha) (114). In Belgïe kent ruim 100 000ha land een hoge kans op watererosie (35). Water­ en winderosie samen zouden in Vlaanderen zorgen voor een jaarlijks verlies van bijna één miljoen ton vruchtbare landbouwgrond (125). Uit de beschrijvingen kan de interactie met betrekking tot het windreducerend effect voorlopig beschreven worden als een asymmetrische interactie met voornamelijk synergistische gevolgen. 35 Deze komen van nature niet in België voor. Gedurende de eerste jaren van een AF­systeem is dit niet geldig. Zowel bomen als gewassen nemen water op, maar de gewasoppervlakte in AF is kleiner in vergelijking met de gewasoppervlakte van reinculturen (aangezien de bomenrijen ook enige ruimte innemen). In de eerste jaren, wanneer de bomen nog maar weinig water opnemen, kan de totale wateropname in het AF­systeem lager zijn. Zie sectie 2.3.2.3. 36 15 1.3.2 Ondergrondse interacties De wortels van planten hebben een dubbele functie. Een eerste functie is verankering van de plant in de bodem, de tweede functie is het opnemen van water en nutriënten. Er is functionele differentiatie in die zin dat de verankering voornamelijk gebeurt via de zware hoofd­ en zijwortels, terwijl de opname van hulpbronnen gebeurt door de fijnere wortels en wortelharen (24, 91, 120). Wortels groeien het hardst in de zones met meest water en de zones met de meeste nutriënten, wat voor dit laatste op landbouwland meestal de toplaag is (91). De meeste gewassen zijn oppervlakkige bewortelaars en kennen een snelle daling van wortelmassa naarmate men dieper in de bodem gaat (91). In afwezigheid van competitie, en wanneer alle hulpbronnen voldoende aanwezig zijn, ontwikkelen ook bomen een relatief oppervlakkig wortelstelsel (29, 100). De fijne verticale zijwortels groeien negatief geotroop* in de richting van de waterrijke humuslagen aan de oppervlakte. Ook bij watertekort is de vorming van oppervlakkige wortels de regel, maar is de ontwikkeling van positief geotrope afzinkers sterker (120). In gematigde, niet­ariede gebieden kent de boomworteldensiteit meestal zijn grootste concentratie in de bovenste dertig à vijftig cm van een bodem, dus in diezelfde regio waar ook de gewaswortelsystemen zich bevinden (61). In AF moeten wortelsystemen van bomen en gewassen groeien in dezelfde bodem en treden ze met elkaar in interactie, ofwel rechtstreeks wanneer wortelsystemen elkaar ontmoeten, ofwel onrechtstreeks via wijzigingen in bodemeigenschappen (bvb. een grotere porositeit of via allelopathische stoffen (zie verder)). De worteldistributie van de planten bepaalt de zones waar ondergrondse interacties zullen plaatsvinden, maar zijn er deels ook het resultaat van (99). De distributie en activiteit van wortelsystemen zijn namelijk niet enkel genetisch bepaald, maar zijn afhankelijk van omgevingsfactoren (bodemtemperatuur, water­ en nutriëntgehalte, zuurstofgehalte, enz.), en kunnen ook deels beïnvloed worden door het beheer (99). 1.3.2.1 Simultane agroforestry­systemen 1.3.2.1.1 Competitie voor water en nutriënten Bomen en gewassen hebben beiden water en nutriënten nodig zodat, wanneer het bodemvochtgehalte of nutriëntengehalte niet hoog genoeg is, competitie voor deze hulpbronnen kan leiden tot significante reducties in boom en/of gewasgroei. Aangezien de gewascomponent in SAF vaak bemest wordt, veronderstelt men dat vooral competitie voor water de opbrengst negatief kan beïnvloeden. Studies die competitie voor water en nutriënten beschrijven worden behandeld in sectie 1.3.4. 1.3.2.1.2 Complementariteit Worteldieptes van planten in AF zijn erg belangrijk, aangezien deze bepalen in welke mate planten water en nutriënten vanuit diepere bodemlagen kunnen gaan gebruiken wat hun afhankelijkheid van hulpbronnen in de oppervlakkige bodemlagen bepaalt (15). Onderzoek toonde aan dat aanzienlijke hoeveelheden water en nutriënten aanwezig kunnen zijn in de diepere bodem (meer dan 30cm diep) (61). Bodem organisch materiaal (BOM) dat nutriënten bevat en vrijstelt bevindt zich wel voornamelijk in de bovenste bodemlagen en ook nutriënten vanuit bladval of bemesting bevinden zich daar, maar mede door mineralisatie en uitloging komen nutriënten in diepere bodemlagen terecht (61). De combinatie van planten met verschillende worteldieptes is gewenst in AF omdat het competitie reduceert, tot complementariteit in gebruik van bodemhulpbronnen leidt, en bovendien 16 kunnen planten die dieper wortelen onrechtstreeks geassocieerde planten gaan helpen via het oppompen van nutriënten en water (commensalisme)(99). AF­experimenten hebben aangetoond dat bomen in SAF vaak dieper gaan wortelen in vgl. met bosbomen van dezelfde soort en leeftijd en onderhevig aan dezelfde klimatologische omstandigheden (29). Mulia en Dupraz onderzochten de spatiale distributie van fijne wortels van hybride walnoot (Juglans regia x nigra cv. NG23) en hybride populier (Populus euramericana cv. I­214) met en zonder invloed van een tussengewas. Voor bomen in bosverband werd opgemerkt dat de worteldensiteit daalt met toenemende diepte en grotere afstand van de boom. Wortelprofielen van bomen in SAF bleken verschillend te zijn, namelijk meer uniform met diepte. Mulia en Dupraz bemerkten dat 50% van de cumulatieve fijne wortelfractie zich boven 0.86m diepte bevond voor populier in bosverband, wat significant verschillend is met de 1.21m die gevonden werd voor populier in SAF (74). Voor hybride walnoot bleek 50% zich te bevinden boven 0.27m voor bomen in bosverband en boven 1.41m diepte voor bomen in AF (74). Hiermee werd aangetoond dat wortelsystemen significant beïnvloed kunnen worden door de aanwezigheid van een wintergewas (74). Dupraz en Liagre verklaren dit door te stellen dat, bij een geschikte soortencombinatie van landbouwgewassen en bomen, wortelcompetitie kan leiden tot een aanpassingsreactie waarbij planten zich dankzij hun morfologische plasticiteit adapteren aan de omstandigheden (29) via een selectieve plaatsing van wortels in (andere) water­ en nutriëntenrijke plekken in de bodem (spatiale segregatie)(complementariteit)(91). Het is de bedoeling om bomen in AF­context via deze reactie te stimuleren om dieper te gaan wortelen zodat complementariteit bekomen wordt en de totale productiviteit van het perceel opgedreven kan worden (99). De mogelijkheid om dit te realiseren hangt af van factoren als boomsoort, bodemkarakteristieken, het geassocieerde gewas en het beheer (61). Het wortelsysteem van het tussengewas moet competitief genoeg zijn om een significante invloed op de bomen te kunnen uitoefenen zodat de wortelsystemen zich niet gewoon vermengen, het wortelsysteem van de bomen moet flexibel genoeg zijn om zich aan te kunnen passen, en de bodemcondities moeten diepere groei toelaten (geen compactie, zuurstoftekort, droogte, enz.)(61, 99). Hierbij moet ook rekening gehouden worden met de dynamiek in het systeem. Een moeilijkheid is dat het wortelstelsel eerst flexibel moet zijn om dieper te gaan wortelen, maar liefst niet te flexibel is wanneer het tussengewas verwijderd wordt zodat boomwortels dan niet weer oppervlakkiger gaan wortelen (29). Indien de aanpassingsreactie optreedt hoeft het ook niet specifiek een gevolg te zijn van competitie­aspecten tussen de wortelsystemen, maar kan het ook zijn vanwege abiotische factoren zoals watertekort waarop de bomen reageren (99). Complementariteit kan ook op een andere manier bekomen worden, bijvoorbeeld wanneer soorten gecombineerd worden met een segregatie van wortelactiviteit in de tijd. In sommige graslanden, bijvoorbeeld, kunnen enkele competitieve grassoorten samengroeien aangezien ze temporele verscheidenheid in pieken van nutriëntenopname vertonen hoewel de pieken van DS­productie overlappen (99). Gewoon struisgras (Agrostis capillaris L.) heeft bijvoorbeeld een dieper wortelsysteem (spatiale separatie), is bijgevolg iets meer droogteresistent en kent zijn nutriëntenopname­piek later in het groeiseizoen in vgl.met gestreepte witbol (Holcus lanatus L.). Veldbeemdgras (Poa pratensis L.) is toleranter voor lagere temperaturen en kan reeds vroeger in het groeiseizoen nutriënten gaan opnemen. Verschillende morfologische en fysiologische eigenschappen van geassocieerde grassen faciliteren hier een spatio­temporele deling van hulpbronnen binnen de plantengemeenschap (99). Gelijkaardige processen zouden gebruikt kunnen worden in goed beheerde en goed ontworpen boslandbouwsystemen (99). Wanneer wortelgroeipatronen gekend 17 zijn, kunnen namelijk plantspecies gecombineerd worden die niet tegelijk een hoge wortelgroeisnelheid hebben en zeker niet wanneer bodemhulpbronnen limiterend zijn (99). Het temporeel patroon van ondergrondse activiteit van enkele boomsoorten kan bovendien gedeeltelijk beïnvloed worden via beheermaatregelen, zoals bijvoorbeeld snoei (99). In de gematigde streken waar vegetatieprocessen seizoenaal verlopen werd aangetoond dat op langere termijn de snelheid van scheut­ en wortelhergroei beïnvloed kan worden door het snoeien op geschikte tijdstippen (57, 100). 1.3.2.1.3 Veiligheidsnet­hypothese Een tweede aspect in simultane systemen is de veiligheidsnet­hypothese die stelt dat diepwortelende bomen in staat zijn om nitraten en andere nutriënten die uitlogen tot onder de gewaswortelzone op te nemen en gedeeltelijk te recycleren via bladval en decompositie van wortels naar de gewaszone (1, 34, 53). Uitloging en watercontaminatie worden op die manier tegengegaan terwijl er een stijging is in totale hulpbron­gebruiksefficiëntie van het systeem (1). De stikstofbehoefte van bomen is relatief klein (29), maar aangezien de grootste hoeveelheid N zich op landbouwgronden vooral in de oppervlakkige lagen bevindt, terwijl de bomen gestimuleerd worden om dieper te wortelen, is uitlogende stikstof van belang voor de bomen. In een pecannoot37 (Carya illinoensis K. Koch)(50­jaar oude bomen)­katoen (Gossypium hirsutum L.)­SAF­systeem in Florida werd gedurende 2001 en 2002 een experiment gevoerd door Allen et al. waarbij plots38 met gescheiden wortelsystemen (wortelbarrières tussen bomen en tussengewas tot 0.9m diep op 1.5m afstand van de bomen) werden vergeleken met plots zonder wortelbarrières (1). Een stikstofbemesting van 89.6 kg N per ha werd toegediend in juni voor beide jaren in beide plottypes. Er werd bevonden dat N­uitloging lager was in de plots zonder wortelbarrières in vgl. met de plots met barrières (1). Cumulatieve hoeveelheden nitraatuitloging gedurende de studieperiode waren respectievelijk 63.83 en 13.05 kg per ha op 0.3 en 0.9m diepte in de plots zonder wortelbarrières, en 121.94 en 45.56 kg per ha op dezelfde dieptes in de plots met wortelbarrières. Dit duidt op een significante reductie in totale nitraatuitloging voor beide dieptes (1). In plots zonder barrières leidden bomen met andere woorden tot een reductie in N­uitloging van 47.7% op 0.3m diepte en van 71.4% op 0.9m diepte (1). Dit werd verklaard doordat de bomen ook N opnemen van onder de gewaswortelzone en vanwege een lagere drainage van water omwille van een grotere totale wateropname in de tussengewasstroken gezien ook de bomen er water opnamen (1). Bijlage 5 geeft door Allen et al. gemodelleerde drainagehoeveelheden voor beide plottypes (1). Zamora et al. hebben aangetoond dat wanneer wortelbarrières ingevoerd worden tussen katoen (Gossypium L.) en dennenbomen (pinus taeda L.) in een SAF­systeem, er een groter percentage van gelabeld stikstof uitloogde onder de gewaswortelzone in vgl. met wanneer wortelsystemen niet gescheiden werden (87). Evers beschrijft dat ook Dougherty (Dougherty, 2007°) de hypothese getest heeft door een AF­ systeem te vgl. met een reincultuursysteem (31). Daarbij werd gevonden dat nitraatuitloging groter was voor het reincultuursysteem. In 2005 waren cumulatieve totalen voor N­uitloging respectievelijk 57.37 en 54.74 kg per ha voor het reincultuursysteem en AF­systeem, maar dit verschil was statistisch niet significant (31). In 2006 werd echter wel een significant verschil opgemeten tussen de stikstofuitloging van 164.67 kg per ha voor het reincultuursysteem en de uitloging van 88.59 kg per 37 Deze komt van nature niet voor in België. Onderdelen van proefpercelen. Wanneer men vergelijkingen wenst te maken tussen twee of meerdere onderzoeksaspecten deelt men proefpercelen op in plots en worden deze onderling vergeleken. 38 18 ha voor het AF­systeem. De reductie in N­uitloging was toen dus meer dan 43% (31). Postma merkt op dat boomwortels wel minder nutriënten gaan intercepteren wanneer de bomen niet in blad staan, wat net de periode is waarbij uitloging en afspoeling vaak het grootst is (86). Stikstofuitloging gebeurt namelijk vooral in de winter, en dit is ook de periode waarbij bomen weinig water oppompen. 1.3.2.1.4 Hydraulische lifting Verder formuleren enkele auteurs de hypothese dat in een AF­context enkele dieper wortelende bomen mogelijk voordeel kunnen gaan leveren voor zichzelf en voor geassocieerde gewassen door het mechanisme van hydraulische lifting, waardoor meer water beschikbaar zou kunnen komen overdag en tijdens drogere perioden (33, 70). Hydraulische lifting wordt beschreven als het proces van wateropname door boomwortels vanuit diepere, vochtige bodemlagen en de vrijstelling ervan in ondiepere, drogere bodemlagen (45 ­> Richards en Caldwell, 1987°). Wanneer planten transpireren, is er watertransport vanuit de bodem via de plantenwortels naar de stomata* en via transpiratie naar de atmosfeer. Wanneer transpiratie gereduceerd wordt (’s nachts voor de meeste planten) kan er, afhankelijk van veranderingen in de gradiënt van xyleem*­ en bodemwaterpotentiaal*, transport zijn van water via de plantenwortels naar oppervlakkige, drogere bodemlagen (45 ­> Richards en Caldwell, 1987°). Gedurende de volgende dag wordt het water terug opgenomen door dezelfde planten en misschien ook door naburige ondiep­wortelende planten die geen toegang hebben tot diepere waterlagen. De flux van water in een plantenwortel kan geformuleerd worden als F = �� � �� � met ψs en ψr respectievelijk de waterpotentiaal van bodem en wortels en R de weerstand waartegen water in de wortels opgenomen wordt. Wanneer ψs meer negatief is dan ψr dan is F negatief en kan hydraulische lifting optreden (21). Caldwell et al. vermelden dat het fenomeen van lifting tot voor 1998 reeds aangetoond werd in een 27­tal plantensoorten, maar dat het zich waarschijnlijk vaker voordoet, vooral in omstandigheden met gradiënten in bodemwaterpotentiaal en lage resistentie van wortels voor waterverlies (13). Millikin en Bledsoe rapporteren dat tot en met het jaar 2000 het fenomeen al werd aangetoond in 43 houtige en 16 kruidige plantensoorten (70). Verder beschrijven Caldwell et al. dat de meeste studies tot nu toe wel uitgevoerd werden met plantensoorten uit ariede en semi­ariede gebieden, maar het fenomeen niet gelimiteerd is tot die regio’s (13). Horton en Hart vermelden gelezen te hebben dat Emerman en Dawson schatten dat een volwassen suikeresdoorn (Acer saccharum Marshall)(20m groot) 50 tot 102L water hydraulisch zou kunnen opliften gedurende de nacht, wat bijdraagt tot meer dan 25 à 30% van het totaal watergebruik van de boom de volgende dag (13, 45 ­> Emerson en Dawson, 1996°). Er zijn echter nog geen exacte cijfers over de hoeveelheden van dit watertransport in AF­systemen, en er is nog geen direct bewijs dat het effectief voordeel zou bieden voor geassocieerde gewassen (33, 53). Corak et al. concludeerden uit een labotest wel dat diepwortelende luzerne water kan transfereren en beschikbaar kan stellen voor ondiepwortelende maïs gedurende droogtecondities (21). Dupraz en Liagre stellen dat het proces misschien kan bijdragen tot het overleven van fijne wortelharen en mycorrhizae (zie verder) in drogere zones in de bodem, maar dat het vrijgesteld water waarschijnlijk zelden ten goede komt voor geassocieerde gewassen (29). 1.3.2.2 Sequentiële agroforestry­systemen Negatieve interacties kunnen gelimiteerd worden door de componenten te laten groeien in rotaties in plaats van associaties in de ruimte. Sterk competitieve boomwortels kunnen hier wel een voordeel 19 zijn wanneer ze onkruiden onderdrukken gedurende een braakperiode (99). Hoewel de bomen en gewassen of grassen niet tegelijk voorkomen, kunnen er toch ondergrondse interacties zijn. Een gewas kan bijvoorbeeld de macroporositeit van de bodem verhogen waardoor hij de wortelgroei van het volgende gewas in de rotatie positief kan beïnvloeden (commensalisme) (99). Chemische interacties kunnen echter ook negatief zijn, wanneer bijvoorbeeld allelopathische effecten (zie sectie 1.3.3) optreden (99). Biologische interacties tussen wortelsystemen van planten die in rotatie groeien kunnen verder ontstaan door veranderingen in de hoeveelheid en soortensamenstelling van mycorrhizae (zie sectie 1.5.3 ) of door ontstane nematoden (99 ­> Johnson and Pfleger, 1992°). 1.3.3 Allelopathy Allelopathy is het fenomeen waarbij een plant biochemicaliën produceert en afscheidt die een negatieve invloed kunnen uitoefenen op naburige planten (60, 75). Het type interactie is amensalisme (53). De allelochemicaliën kunnen vrijgelaten worden in de rhizosfeer* door allerlei mechanismen zoals decompositie van residuen en wortelexudatie, of kunnen via decompositie van strooisel vrijkomen aan het bodemoppervlak. Deze allelopathische stoffen kunnen een invloed hebben op kieming, groei en ontwikkeling van naburige planten (53 ­> Indrjit and Malik, 2002°). Een voorbeeld van allelopathy kan gevonden worden bij de zwarte walnoot (Juglans nigra L.). Deze boomsoort produceert een chemische stof hydrojuglon die via oxidatie omgezet wordt in juglon (5­ hydroxy­1,4­naftochinon) die een allelopathisch effect kan uitoefenen op geassocieerde soorten in SAF­systemen (56). Zo toonden Jose en Gillespie aan dat de relatieve­stengelgroeisnelheid39 van hydroponisch* geteelde sojaboon­ (Glycine max L. Merr.) en maïs­ (Zea mays L.) kiemplanten respectievelijk met 69 en 53% gereduceerd werd door 10­4 M(40) juglon (equivalent aan 0.0174g juglon per 1000g bodem)(55). De relatieve­wortelgroeisnelheid39 werd door eenzelfde concentratie aan juglon gereduceerd met respectievelijk 87% en tot 99% voor maïs en sojaboon. Ook een concentratie van 10­5M juglon had negatieve effecten, namelijk 32% en 65% reductie in stengelgroeisnelheid en 65% en 77% reductie in wortelgroeisnelheid voor maïs en sojaboon respectievelijk (55). Concentraties van 10­6 M hadden geen significant effect op groeisnelheid voor beide soorten. Hieruit besluiten de auteurs dat zowel maïs als sojaboon gevoelig zijn voor juglon en dat groeireducties van deze soorten in SAF­systemen met walnoot gedeeltelijk aan allelopathy toe te schrijven kunnen zijn (55). Jose en Gillespie bestudeerden de gehaltes aan juglon in de bodem van een tien jaar oud zwarte walnoot­maïs­SAF­systeem en bemerkten dat als de afstand tot een bomenrij (8.5*2.5m) 4.25m groter werd, de juglonconcentratie in de bovenste tien cm bodemlaag met ongeveer 80% daalde (0.31µg per g droge bodem) in vgl. met de concentratie in de bomenrij (1.63µg per g droge bodem)(54). Uit hun resultaten over verschillende seizoenen stelden ze dat juglon­vrijstelling vanuit bladeren en vruchten verwaarloosbaar lijkt in vgl. met de vrijstelling vanuit de wortelsystemen (54). Ze vergeleken plots waar wortelbarrières ingevoerd werden tussen de boom­ en gewascomponent (tot 1.2m diep en op 1.2m afstand van de bomen) van het SAF­systeem en plots waar dit niet gebeurde (54). Voor beide plottypes vonden ze dat juglonconcentraties hoger waren op 0 en 0.9m afstand van de bomenrij in vgl. met op 2.45 en 4.25m afstand (54). Ze vonden dat het invoeren van 39 De relatieve groeisnelheden ��������� ������������������������� ������������� 40 ������������� ������� werden door Jose en Gillespie berekend als . Molaire concentratie. 1M = 1mol per liter. 20 wortelbarrières de juglonconcentratie in de gewaszone sterk reduceerde (tot 0.08µg per gram op 2.45m en tot 0.01 µg per gram droge bodem op 4.25m) in vgl. met de concentraties in de plots zonder wortelbarrières (respectievelijk 0.42 en 0.32 µg per gram op 2.45 en 4.25m), maar wel de concentratie in en op 0.9m van de bomenrij opdreef (respectievelijk 2.53 en 2.51 µg per g droge bodem voor de plots met wortelbarrières en respectievelijk 1.63 en 1.44 µg per gram voor de plots zonder barrières)(54). Figuur 11 stelt enkele van hun resultaten grafisch voor. Figuur 11 : Spatio­temporele variatie in juglongehaltes in de bodem in een SAF­systeem met zwarte walnoot en maïs. Een vergelijking tussen plots met wortelbarrières en plots zonder. Bron : (54). Op basis van ongepubliceerde data stellen Jose en Holzmueller dat het toch wel tien jaar duurt, vanaf aanplant van de bomen, vooraleer juglon in een concentratie in de bodem aanwezig is die van significante invloed kan zijn op geassocieerde soorten (56). Onder andere daarom is er nog veel discussie over het al of niet significante negatieve effect van zwarte walnoot op naburige planten. Dupraz en Liagre stellen dat in hun AF­experimenten nog geen significant bewijs geleverd kon worden van negatieve effecten van bomen op de gewasopbrengst via allelopathische stoffen (29). Bovendien varieert de gevoeligheid van verschillende gewasvariëteiten (29). Verder stellen ze dat experimenten die negatieve effecten aantonen vaak over concentraties handelen die in de realiteit weinig voorkomen (29). Jose en Holzmueller vermelden dat concentraties zoals de aangehaalde 10­4M hoog zijn, maar dat reeds concentraties van 2*10­5M onder veldcondities gerapporteerd werden (56). Indien negatieve reacties voorkomen, zijn de effecten vanwege de relatief lage boomdensiteit in AF wellicht eerder van secundair belang in vgl. met competitie­ en facilitatie­ interacties (29). Hoe dan ook, toch blijft de walnoot een populaire boomsoort in AF. Hij komt namelijk pas laat in blad, hij werpt zijn bladeren vroeg in het jaar af, hij heeft een relatief diepwortelend wortelsysteem, en hij kent een relatief hoge groeisnelheid. Natuurlijk spelen ook de notenproductie en de goede houtkwaliteit een grote rol (54). De aanwezigheid van juglon kan bovendien insecten op afstand houden, maar het effect van allelopathische stoffen op insectenabundantie en –diversiteit, MO en bodemorganismen vereist nog verder onderzoek. Smith et al. vermelden dat ook omgekeerd eenjarige plantensoorten allelopathische effecten kunnen uitoefenen op bomen (107). Hij vond dat het percolatiewater van rietzwenkgras (Festuca arundinaceae Schreb. cv. Kentucky 31) of bermudagras (Cynodon dactylon (L.) Pers.) het totaal drooggewicht van pecannoot­zaailingen (Carya illinoinensis Wangenh. C. Koch.)(in containers) met 16% reduceerde (107). 21 1.3.4 Nettoresultaat van boven­ en ondergrondse interacties De complexe interacties tussen bomen en gewassen in een AF­systeem kunnen resulteren in een netto­positief of netto­negatief effect op gewasopbrengst en boomgroei in vergelijking met conventionele reinculturen. Het effect is onder andere afhankelijk van gewassoort, boomsoort, boomdensiteit, ontwerp van het systeem, geografische locatie, bodemeigenschappen en het beheer (6). 1.3.4.1 Boomcomponent Aangezien boomdensiteiten in AF lager zijn dan in conventionele boomaanplantingen41 hebben AF­ bomen meer licht en ruimte ter beschikking en kunnen ze sneller groeien (29). Bovendien kunnen ze meeprofiteren van de eventuele bemesting van het tussengewas (29). Rivest et al. en Chifflot et al. beschreven een snellere groei voor kers (Prunus avium L.) en hybride walnoot (Juglans nigra L. x Juglans regia L.) gedurende de initiële jaren in AF­systemen in vgl.met bosbomen onder eenzelfde boomdensiteit (17, 97). Chifflot et al. beschreven winsten van 26% en 65% in diameter zes jaar na aanplant voor respectievelijk kers en walnoot in SAF (in combinatie met een bemest tussengewas : 27 tot 184 kg N per ha per jaar afhanklijk van het jaar in de gewasrotatie) in vgl. met een controleplot waarbij de oppervlakte tussen de bomen vegetatievrij werd gehouden en bijgevolg niet bemest werd (17). Het groeiverschil werd toegeschreven aan een betere stikstofvoorziening die het negatieve effect van competitie voor water overtrof (17). Indien boomwortels gestimuleerd worden om dieper te gaan groeien, dan zijn AF­bomen ook beter bestand tegen stormwinden en droogteperiodes (29). Die grotere resistentie tegen wind valt ook wel deels toe te schrijven aan het feit dat ze dagelijks aan grotere windsnelheden onderhevig zijn in vgl. met bosbomen zodat ze meer aangepast zijn en stabieler zijn (29). De water­ en nutriëntenbehoefte van bomen stijgt echter met een toenemende grootte, terwijl ook de waterbehoefte van de gewassen hoog blijft. Een reductie in boomgroei na verloop van tijd is dus mogelijk omwille van competitie voor water, afhankelijk van het vochtgehalte van de bodem. Burgess et al. hebben waargenomen dat de hoogte en diameter van zeven jaar oude hybride populieren over drie verschillende sites (156 bomen per ha (10*6.4m)) met continue aanwezigheid van een tussengewas (gewasrotaties met vnl. wintertarwe en wintergerst) respectievelijk gemiddeld 89% en 79% waren van populieren zonder tussengewas (12). In de veronderstelling van een vormfactor42 van 37% was het houtvolume van de AF­bomen bijgevolg slechts 56% van de bomen niet beïnvloed door een tussengewas (12). Afhankelijk van site­condities, gewassoort, boomsoort, boomdensiteit, enz. zullen bomen in een AF­context dus sneller of trager groeien in vgl. met bomen in bosverband. De vraag hierbij is in hoeverre deze verschillen in groei en groeisnelheid kunnen leiden tot significante verschillen in houtkwaliteit tussen AF­bomen en bosbomen. Figuur 12 stelt data voor van drie SAF­veldexperimenten43, namelijk een te Leeds (V.K.), een te Silsoe (V.K.), en een te Vézénobres (Frankrijk). De boomcomponent voor alle systemen waren populierenklonen. Deze werden gecombineerd met gewasrotaties gedomineerd door wintertarwe. De bomen te Leeds en Silsoe werden aangeplant in 1992 volgens noord­zuid rijen met een 41 Behalve bij kortstondige AF (zie sectie 1.2) De vormfactor bepaalt de verhouding tussen het werkelijke boomvolume en het volume van een cilinder dat berekend werd op basis van de hoogte van de boom en die diameter van de boom op borsthoogte (25). 43 Verder in de tekst worden nog andere gegevens uit deze experimenten aangehaald. 42 22 boomdensiteit van 156 bomen per ha (10*6.4m). Gewassen werden er geteeld over een breedte van acht meter tussen de bomenrijen. Plots enkel met bomen of enkel met gewassen werden aangelegd ter vergelijking en werden op eenzelfde manier beheerd. Het beheer van de populieren bestond uit een snoeibeheer waarbij de kroondiepte minstens gelijk bleef aan de helft van de boomhoogte (42, 117). Het experiment te Vézénobres, een gebied met meer instraling, hogere temperaturen en een relatief hoge grondwatertafel, bestond uit een SAF­plot met 125 populierenklonen per ha (16*4.5m) volgens noord­zuid rijen (gecombineerd met voornamelijk durum tarwe) en een vergelijkingsplot met 204 populieren per ha zonder tussengewas (29, 42). De gegevens voor Leeds en Silsoe tonen aan dat de groei van de bomen in AF gereduceerd werd door de aanwezigheid van tussengewassen. In vgl. met de bomen zonder tussengewas was het houtvolume per boom van de populieren in AF na twaalf jaar ongeveer 30% kleiner. Meer bepaald bedroeg het houtvolume per boom voor AF­bomen na twaalf jaar ongeveer 0.20 à 0.25m³ tegenover een houtvolume per boom van ongeveer 0.30 à 0.35m³ voor populieren zonder tussengewas (42, 117). Een hogere competitie voor water in de AF­ plot werd als verklaring aangenomen (42). In Vezénobres groeiden de bomen vanaf het achtste jaar44 sneller in vgl. met bosbomen. De lagere boomdensiteit in AF­verband werd hierbij als reden aangehaald (29). Figuur 12 : Gemeten houtvolumes te Silsoe, Vézénobres en Leeds met vergelijking tussen bosbomen en bomen in AF. Gegevens voor Silsoe en Leeds werden afgeleid op basis van (42) en (117). Gegevens voor Vézénobres werden afgeleid uit (29) en (42). 1.3.4.2 Gewascomponent Met betrekking tot de gewasopbrengst hebben landbouwers vaak een negatief beeld over bomenrijen en hagen, aangezien verliezen in opbrengst nabij de bomen goed visueel waarneembaar zijn, terwijl mogelijke winsten verderop in het veld minder goed gezien worden (16). Over het algemeen kan gesteld worden dat er net naast een bomenrij een verminderde gewasgroei voorkomt als gevolg van concurrentie voor licht, water en nutriënten. Betreffende de opbrengst van landbouwgewassen net naast één bomenrij of haag (tot op 2H) stelt Chaves, op basis van literatuur, dat deze tot 80% lager kan zijn dan een onbeschutte opbrengst (16). Naarmate men verder van de 44 Eigenlijk was er geen meting in jaar zeven, maar waren er twee in jaar acht. 23 bomenrij in het veld gaat, neemt de opbrengst toe en op ongeveer 5H wordt een maximum bereikt die tot 45 à 50% hoger kan zijn dan een onbeschutte opbrengst (16). Voorbij dit maximum neemt de opbrengst terug af en wordt op een afstand van 12 à 14H gelijk aan de onbeschutte45 opbrengst (16). Met betrekking tot de opbrengst van een gewas beschermd door één bomenrij stelt Brandle dat het netto­effect over het algemeen positief is (6). Beetz vermeldt dat de gewasopbrengst van een beschermd veld kan stijgen tot 20%, zelf wanneer de bomen een deel van de gewasoppervlakte innemen (3). Oosterbaan en Boer stellen dat beschutte maïs tot 19% extra opbrengst kan leiden ten opzichte van onbeschutte maïs (22). Hogere temperaturen door het microklimaat kunnen bovendien de gewaslengte en het kolvengewicht van maïs doen toenemen, of kunnen een gunstige invloed hebben op het korrelgewicht en de strolengte van bijvoorbeeld rogge (22). Op een groot tussengewasveld kunnen positieve effecten van het microklimaat dus waargenomen worden, maar zoals werd vermeld zullen AF­percelen vaak kleiner zijn en met meer bomenrijen met relatief korte rijafstanden. Positieve effecten zullen minder tot uiting komen, en aangezien schaduw sterk aanwezig kan zijn na enige jaren boomgroei zullen vooral de negatieve effecten merkbaar zijn. Wordt bij dit alles rekening gehouden met het verlies aan gewasoppervlakte, door het invoeren van bomenrijen op het perceel, dan wordt verondersteld dat de gewasopbrengst in SAF normaal gezien kleiner zal zijn in vgl. met deze van een reincultuursysteem. Burgess et al. bemerkten dat de gemiddelde gewasopbrengst (gewasrotatie met voornamelijk wintertarwe en gerst) over drie verschillende SAF­systemen46 per eenheid van gewasoppervlakte47 gemiddeld vier percent kleiner was in vgl. met controle­reincultuursystemen gedurende de eerste drie jaren na aanplant van populieren (156 bomen per ha), en gemiddeld tien percent kleiner was tussen de jaren vier en zes na de aanplant van de bomen (12). Zowel schaduw als competitie voor water konden hier een rol in spelen. Dupraz en Liagre merkten wel op dat reducties in gewasrendement zich ook voordoen naast jonge bomenrijen, zelf wanneer een of enkele bomen uit de rij verwijderd werden (29). In jonge AF­ systemen lijken schaduw en competitie voor water en nutriënten toch niet de enige reden te zijn voor de kleinere planthoogte en opbrengst (29). Dupraz en Liagre verklaren dat dit wellicht komt doordat het voor landbouwer moeilijker is om uniform te werken tussen de bomenrijen, voor bvb. bodembewerkingen of het strooien van mest of om een regelmatig zaaibed te creëren (29). Figuur 13 geeft relatieve gewasopbrengsten* van de drie reeds besproken systemen te Silsoe, Leeds en Vézénobres (sectie 1.3.4.1). Voor de gewassen te Silsoe en Leeds was, gedurende de eerste negen jaren, de gemiddelde gewasopbrengst in het SAF­systeem 94% van de gewasopbrengst onder reincultuur op een gewasoppervlakte basis en 75% op een totale oppervlakte basis (20% van de SAF­ oppervlakte werd niet beteeld (117)). Na negen jaar begonnen de relatieve gewasopbrengsten verder te dalen door het ontwikkelen van grotere bomenkruinen en het stopzetten van de boomsnoei (117). Meer specifiek vermeldden Graves et al. voor het experiment te Silsoe een gemiddelde opbrengst t.o.v. een referentie reincultuurplot van ongeveer 80% van jaar één tot vier, 70% van jaar vier tot acht en 60% tussen jaar negen en twaalf (42). Minder lichtbeschikbaarheid en de competitie met bomen voor water waren hier de oorzaak van. Voor Vézénobres was de gewasopbrengst gedurende de eerste vijf jaren normaal, enkel het verlies aan gewasoppervlakte 45 Zie sectie 1.3.1.3 Waaronder de reeds aangehaalde Leeds­ en Silsoe­systemen. 47 De productiviteit kan uitgedrukt worden per eenheid van gewasoppervlakte (productiviteit van de gecultiveerde zone in het systeem) of per eenheid van totale oppervlakte (productie over de gehele oppervlakte van het SAF­systeem). Gezien de ruimte die de bomen innemen zal de opbrengst per eenheid van totale oppervlakte kleiner zijn dan de opbrengst per eenheid gewasoppervlakte. 46 24 (ongeveer 10% werd niet beteeld) speelde mee, maar vanaf het zesde jaar werden lagere opbrengsten bekomen en vanaf het negende jaar daalde het rendement van het tussengewas onder 40% van het rendement van een referentie reincultuur (29, 42).Vanaf het twaalfde jaar werd de tussenteelt stopgezet. Figuur 13 : Relatieve gewasopbrengsten voor drie verschillende SAF­systemen. Gegevens voor Leeds werden afgeleid uit (28 en 117). Gegevens voor SIlsoe werden afgeleid uit (42 en 117). Gegevens voor Vézénobres werden afgeleid uit (29 en 42). Jaar 0 staat voor het jaar waarin de bomen aangeplant werden. Een waarde 1 op de x­as betekent dat de bijhorende gewasopbrengsten bekomen werd gedurende het eerste jaar na aanplant van de bomen. Thevathasan, Gordon en Simpson bestudeerden in Canada interacties in een SAF­systeem met tien verschillende boomsoorten aangeplant in 1987 en een vruchtwisselingssysteem met maïs (Zea mays L.), wintertarwe (Triticum aestivum L.), wintergerst (Hordeum vulgare L.) en sojaboon (Glycine max (L.) Merr.). De boomdensiteit varieerde er van 111 tot 267 bomen per ha. Uit observaties werd duidelijk dat alle tien de boomsoorten de opbrengsten van C4­gewassen nadeliger beïnvloedden in vgl. met C3­gewassen (104). Wang en Shogren beschrijven dat de introductie van Paulownia­bomen (Paulownia elongata), die snelgroeiend zijn en een redelijk ijle kroon vormen, in wintertarwevelden zowel de gewasopbrengst als de gewaskwaliteit kunnen verbeteren en de gewasproductie kunnen stabiliseren doorheen de tijd (124). Wanneer Paulownia gecombineerd wordt met wintertarwe is er, vanwege een verschil in groeiperiode en worteldistributie, een meer efficiënt gebruik van hulpbronnen (complementariteit) en is er quasi geen significante competitie (124). Bladeren van Paulownia ontwikkelen pas laat tijdens de levenscyclus van tarwe (18) en er wordt gesteld dat de bomen enkel in de laatste maand voor de oogst van de wintertarwe de gewasgroei limiteren vanwege schaduwworp (124). In een studie van Zhao et al., waarbij zeven jaar oude Paulownia bomen in een densiteit van zestig per ha gecombineerd worden met de teelt van wintertarwe, werd gesteld dat de reductie in gewasopbrengst meer dan gecompenseerd werd door stijgende opbrengsten in niet­beschaduwde delen van de gewasoppervlakte (124 ­> Zhao et al., 1986°). Tabel 2 toont een gemiddelde opbrengststijging van 17.23% voor tarwe onder AF in vgl. met tarwe onder reincultuur. Andere veldexperimenten in China gedurende de jaren ’70 en ’80 met boomdensiteiten variërend van 45 tot 120 bomen/ha, waarbij de bomen een leeftijd hebben van zeven tot veertien jaar, resulteerden in 25 tarwe opbrengststijgingen tussen 10 en 38% (124). Bovendien rapporteerden Zhao et al. dat het eiwitgehalte en glutengehalte van wintertarwe respectievelijk met 0.2 à 0.6 en 2 à 3.7% kon stijgen onder AF­omstandigheden (124 ­> Zhao et al., 1986°). Wang en Shogren schatten dat een acht tot tien jaar oude Paulownia een gemiddelde hoeveelheid van honderd kg verse bladeren produceert met een 2.8 tot 3% stikstofgehalte en 0.4% kalium­gehalte, zodat de bladval redelijk wat OM en nutriënten aan de bodem en/of het tussengewas toelevert. Op basis van dit alles stellen Wang en Shogren dat agroforestry ook zeker een goed teeltsysteem is in zwaar bevolkte regio’s met weinig landbouwland. Tabel 2 : Tarwe­opbrengst onder reincultuur en AF in China. Bron : (124­> Zhao, 1986). systeem tarwe reincultuur paulownia­tarwe agroforestry­systeem onder kroon (20% van de oppervlakte) niet onder kroon (80% van de oppervlakte) gewogen gemiddelde gewasopbrengst [kg/ha]48 2113.5 1567.5 2706.0 2478.3 In een experiment in Nederland werd geen significante opbrengstdaling van suikerbiet en maïs gevonden gedurende de eerste twee tot drie jaren in een SAF­systeem met 202 populieren per ha (11*4.5m) (86). Wanneer de bomen vier jaar oud waren daalde de gewasopbrengst met ongeveer 20% (86). Volgens enkele auteurs wordt er slechts een zeer kleine opbrengstdaling waargenomen voor gewassen in combinatie met traaggroeiende kwaliteitshoutproducerende boomsoorten als noot (Juglans spp.) of boskers (Prunus avium L.) gedurende de eerste vijf tot zeven jaar (86, 139). Verder wordt gesteld dat aardappelen minder lijken te produceren wanneer ze gecombineerd worden met bomen, terwijl het microklimaat van de bomen wel de opbrengst en het suikergehalte van suikerbieten kan opdrijven (139). Er wordt gesteld dat bomen weinig impact hebben op de productie van weidegrassen tot de oppervlakte van alle samengetelde kruinen 35% van de totale oppervlakte uitmaken (86, 139). In een experiment met populier en grassen in Nederland werd geen significante opbrengstdaling gevonden voor gras tot wanneer de bomen, in een densiteit van 404 bomen per ha (5.5*4.5m), vier jaar oud waren (86). 1.3.4.3 Relatief belang van interacties Er werden reeds een aantal studies gevoerd die boomgroei en gewasopbrengsten vergelijken tussen gewone SAF­plots en SAF­plots met wortelbarrières tussen de boom­ en gewascomponenten. Wortelbarrières elimineren ondergrondse wortelinteracties tussen de beide componenten en laten toe om na te gaan of nu schaduw of competitie voor water en nutriënten de grootste rol speelt met betrekking tot opbrengsten. Gillespie et al. bestudeerden twee verschillende SAF­systemen. Het ene bestond uit noord­zuid georiënteerde bomenrijen van zwarte walnoot (Juglans nigra L.) met telkens zes maïsrijen als tussengewas. Bepaalde plots hadden wel, andere hadden geen wortelbarrières. Het ander systeem had dezelfde opstelling, maar met eik als boomsoort (Quercus rubra L.). De barrières bevonden zich tot op 1.2m diepte in de bodem. In de beginjaren van de systemen, vooraleer de barrières ingevoerd 48 Dit zijn lage opbrengsten. Het oorspronkelijk document was echter niet beschikbaar (en is volgens de referenties van Wang en Shogren ook in het Chinees). 26 werden en wanneer de bomen nog zeer klein waren, bleken de maïsopbrengsten van de gewasrijen net naast de bomen groter te zijn dan de gewasrijen midden in de tussengewasoppervlakte. Dit werd toegeschreven aan een grotere lichtbeschikbaarheid en minder intraspecifieke* competitie in vgl. met rijen die aan weerszijden door andere maïsrijen omgeven waren (39). Na verloop van tijd, vanwege schaduw en competitie voor water en nutriënten met de bomen, werden de buitenste gewasrijen echter sterker negatief beïnvloed dan de middelste (zie Figuur 14). Figuur 14 : Graanopbrengsten van maïs per gewasrij, voor zes gewasrijen die groeien tussen bomenrijen bestaande uit zwarte walnoot of eik in SAF­systemen opgestart in 1985. Gedurende de eerste jaren na aanplant van de bomen zijn de opbrengsten in de gewasrijen naast de bomen het grootst, vanwege meer licht­ en waterbeschikbaarheid. Na verloop van tijd, wanneer de bomen meer schaduw werpen en in competitie treden voor water en nutriënten, springt de opbrengst van de middelste gewasrij er bovenuit. Bron : (39). Wanneer de gesnoeide bomen een leeftijd van elf jaar bereikten (met densiteit van 490 bomen/ha) ontvingen de buitenste gewasrijen gemiddeld 14 % en 41% minder PAR­straling dan gewasrijen in het midden van de gewasoppervlakte, voor het walnoot­ en eik­systeem respectievelijk (53). Dit wordt geïllustreerd in Figuur 15. Wanneer ondergrondse interacties niet geëlimineerd werden (geen wortelbarrières) kende de graanopbrengst van de buitenste gewasrijen een reductie van respectievelijk 46% en 59% voor het walnoot­ en eik­systeem in vgl. met de opbrengst van een maïs­ reincultuur als referentieplot (39). De gewasopbrengst voor de centrale maïsrijen was voor dezelfde volgorde van de systemen respectievelijk 50% en 67% hoger in vgl. met de opbrengsten van de buitenste rijen. De variatie in opbrengst tussen de maïsrijen was dus significant voor zowel het eik­ als walnoot­systeem. Wanneer ondergrondse interacties wel geëlimineerd werden, waren gewasopbrengsten hoger, maar was het verschil tussen de maïsrijen van een tussengewasstrook niet meer significant (39). Omdat de opbrengst van de buitenste rijen nog maar gering lager was dan van de centrale rijen stelden Gillespie et al. dat schaduw, in dit ontwikkelingsstadium van deze SAF­ systemen, geen groot effect uitoefende op de gewasopbrengst (39). Het relatief effect van competitie voor water en nutriënten leek groter te zijn dan deze voor licht. Uit Figuur 15 kan afgeleid worden dat voor de AF­systemen met een combinatie van maïs met zwarte walnoot en rode eik, reducties in gemiddelde gewasopbrengst omwille van ondergrondse competitie respectievelijk ca. 35% en 28% waren t.o.v. de AF­plots zonder ondergronde competitie (53). In het systeem met zwarte walnoot is het mogelijk dat ook allelopathy een rol speelde. De diametergroei van de walnoten bleek significant groter wanneer ondergrondse interacties niet geëlimineerd werden, maar voor de eiken werd geen verschil waargenomen. Gillespie et al. bemerkten hierbij op dat ondergrondse interacties wel kunnen leiden tot bijvoorbeeld kleinere bladoppervlaktes, waardoor de lichtinterceptie 27 beïnvloed wordt. Ook werd opgemerkt dat na verloop van tijd schaduw een grotere rol kon gaan spelen (39). Figuur 15 : Graanopbrengst en percentage PAR­straling als fractie van vol zonlicht voor maïs in combinatie met zwarte walnoot en rode eik. Zwarte balken duiden op graanopbrengsten wanneer ondergrondse competitie geëlimineerd werd via barrières. Grijze balken duiden op opbrengsten voor SAF­plots zonder wortelbarrières en dus met competitie voor water en nutriënten tussen de bomen en het tussengewas. Bron : (53 ­> 39). De studie werd gevoerd in Indiana (VS). Miller en Pallardy voerden een gelijkaardige studie met hybride maïs (14.2m brede tussengewasstroken) tussen zeven jaar oude esdoornbomen (Acer saccharinum L.)(oost­west rijen met 19.2m rijafstand) in Missouri (VS) en ook zij stelden dat competitie voor water de dominante factor was (69). Het invoeren van een wortelbarrière (tot 1m diep op 1m afstand van de bomen) leidde tot significant hogere bodemvochtgehaltes in de maïsrijen net naast de bomen op 45 en 60 cm diepte in 1997 en op 30 cm diepte in 1998. Het bodemvochtgehalte onder de centrale gewasrijen werd niet beïnvloed (69). Gemiddelde graanopbrengsten in de plots zonder wortelbarrières waren significant lager in vgl. met deze voor maïsrijen in plots met wortelbarrières, namelijk 6.59 t.o.v. 8.42 ton/ha in 1997 en 3.91 t.o.v. 5.38 ton per ha in 1998 (69). Het effect van wortelbarrières was het sterkst voor gewasrijen net naast de bomen. Het invoeren van een barrière leidde in 1997 echter niet tot volledig gelijke opbrengsten van maïsrijen nabij de bomen in vgl. met maïsrijen in het centrum van de gewasoppervlakte, zodat toch ook schaduwworp de graanopbrengst gedeeltelijk reduceerde (69). Ook hier vertoonden de bomen in de plots met wortelbarrières een gereduceerde jaarlijkse diametergroei (69). De afwezigheid van een duidelijk effect van een supplementaire stikstofbemesting bovenop een gevoerde standaard bemesting duidde aan dat competitie voor N slechts een kleine rol speelde (69). Chirko et al. toonden aan, via experimenten in een bemest en geïrrigeerd SAF­systeem in China met tarwe (afgewisseld met maïs en sojaboon) en een elf jaar oude noord­zuid gerichte Paulownia bomenrij (5m tussen de bomen in de rij) waarbij ondergrondse interacties geëlimineerd werden (tot op 1m diep), dat de graanopbrengst significant steeg (een regressievergelijking y=391.74+4.57x werd opgesteld) vanaf 2.5 tot 20m afstand van de bomenrij (18). Er werden geen significante verschillen bevonden met betrekking tot het bodemvochtgehalte, N­gehaltes of bodem­OM (voor 0 tot 40cm diep) voor afstanden tussen 2.5 en 20m van de bomenrij (18). Hier speelde schaduw dus wel een 28 significante rol. Rivest et al. vermeldden dat in studies in Ontario en Quebec opbrengstverliezen van sojaboon en granen hoofdzakelijk toe te schrijven waren aan schaduw (96). In hetzelfde maïs­zwarte walnoot­SAF­systeem dat door Gillespie et al. bestudeerd werd, onderzochten Jose en Gillespie et al. ook enkele aspecten met betrekking tot stikstof (52). De maïs werd er elk groeiseizoen bemest met 168 kg N per ha. De graanopbrengst en de biomassa van de bijproducten (bladeren en stengels) waren duidelijk hoger voor plots met wortelbarrières in vgl. met plots zonder barrières, wat aanduidt dat competitie voor water en/of stikstof (of algemeen ‘nutriënten’) een rol speelde (52). Stikstofconcentraties in de boombladeren waren 18.4% hoger voor de bomen in de plots zonder wortelbarrières, dit betekenend dat bomen ook stikstof opnamen uit bodemzones onder de gewasoppervlakte, en op die manier in competitie konden treden met het tussengewas voor N (52). Met behulp van bemesting aangereikt met 15N(49), werd aangetoond dat maïsplanten in de plots met wortelbarrières een hoger percentage van hun stikstof opnamen vanuit stikstof die reeds aanwezig was in de bodem en minder vanuit de N­applicatie in vgl. met planten in de plots zonder barrières (38). Als mogelijke verklaring hiervoor wordt aangehaald dat wanneer maïs opkomt, de walnoten het merendeel van de stikstof die elke lente mineraliseert opgenomen kunnen hebben, zodat maïsplanten in de plots zonder barrières gedwongen worden om meer te berusten op stikstof uit N­bemesting (38). Ook werd gesteld worden dat mineralisatie lager kan zijn wanneer geen wortelbarrières aanwezig zijn omdat de grotere competitie voor water de waterbeschikbaarheid kan reduceren. Het percentage stikstof vanuit bemesting in boombladeren was slechts 1.9% (38). Omdat maïsplanten hun groei normaal starten wanneer boombladeren reeds ontwikkeld zijn, wordt gesteld dat competitie voor stikstof uit N­bemesting minimaal is. Aangezien bodemwater en ­stikstof in de plots zonder barrières vlugger verdwijnen, kunnen de maïsplanten wel lijden onder stikstoftekort wanneer geen bemesting wordt toegepast. Uiteindelijk bleek het totaal gebruik van N uit N­ bemesting wel hoger te zijn in de plots met wortelbarrières, waarschijnlijk vanwege de grotere groei en biomassaproductie. De auteurs voerden ook onderzoek naar de vrijstellling van nutriënten, fosfor (P) en stikstof (N), door de bladeren van eik en walnoot. Bladeren van walnoot en eik stelden respectievelijk 4.9% en 9% van hun N en 33.7% en 11.3% van hun P vrij in 45 dagen. Wortels van walnoot en eik stelden respectievelijk 39% en 17.7% van hun N en 30% en 30% van hun P vrij in 15 dagen (38). Om de productiviteit van de gewassen te behouden bleek een relatief grote bemesting wel nodig te zijn. Wel wordt nog beschreven dat door de toevoer van OM de omgeving na verloop van tijd meer geschikt kan worden voor decompositie wat vrijstelling van nutriënten kan bevorderen (38). Klimaatsomstandigheden, omgevingscondities en aanwezige plantensoorten spelen bij dit alles een grote rol. Opnieuw kan geen eenduidig algemeen besluit opgemaakt worden over welke interacties het grootste effect zullen uitoefenen op gewasopbrengsten in SAF­systemen in de gematigde streken. Door boomgroei variëren interacties doorheen de tijd, maar ook andere factoren kunnen een rol spelen. Enkele auteurs schrijven dat het bijvoorbeeld belangrijk is om te bestuderen hoe systemen reageren op verhoogde CO2­concentraties en stikstofgehaltes (14, 92). Reich et al. toonden met een grasland­experiment aan dat een mengteelt van grassoorten meer biomassa produceerde dan eenzelfde oppervlakte onder reincultuur van een van de soorten en dat een verhoogde biomassa­ 49 Een isotoop* van stikstof. 29 accumulatie als reactie op verhoogde atmosferische CO2­concentraties en bodemstikstofgehaltes, welke verwacht worden door klimaatsverandering en bevolkingsdruk, kleiner was in soortenarme dan in soortenrijke plantengemeenschappen (92). Gemeenschappen met zestien verschillende plantensoorten kenden een verandering in totale biomassa van +35% onder verhoogde CO2­ en stikstofcondities, terwijl een gemeenschap uit één soort slechts een gemiddelde verandering van +17% ondervond. Hiermee toonden Reich et al. aan dat gemengde gemeenschappen niet alleen productiever kunnen zijn, maar ook beter in staat zijn om te reageren op de voorspelde veranderingen in de omgeving (92, 126). Terugkomend op het onderscheid tussen C3­ en C4­planten kan bemerkt worden dat, aangezien fotorespiratie de fotosynthese van C3­planten nadelig beïnvloedt wegens suboptimale CO2­concentraties in de lucht, een hoger CO2­gehalte in de lucht hun groei in principe zou kunnen opdrijven (111). 1.4 Opportuniteiten van Agroforestry bij de reductie van broeikasgassen Het klimaatverdrag van 1992, dat werd afgesloten tijdens de VN­conferentie over milieu en ontwikkeling (UNCED) te Rio de Janeiro (‘Earth Summit’), kende als doel om de emissie van broeikasgassen te reduceren (27). Het verdrag werd geconcretiseerd in het Kyoto­protocol van 1997 welke via bindende reductiedoelstellingen een meer specifieke regeling beschreef om de jaarlijkse broeikasgasemissie door industrielanden tegen 2008­2012 met gemiddeld 5.2% te verminderen ten opzichte van het niveau in 1990 (27). De totale uitstoot aan broeikasgassen bedroeg in 1990 in Vlaanderen 87.7 Mton50 CO2­equivalenten* (132). Volgens de kyotodoelstellingen mocht/mag de gemiddelde uitstoot in Vlaanderen voor de periode 2008­2012 dus niet meer zijn dan een jaargemiddelde van 83.14 Mton CO2­equivalenten. Sinds 2007 voldoet Vlaanderen aan deze norm (130, 141). AF biedt perspectieven voor een verdere reductie, want aangezien bomen koolstof (C) opslaan in zowel boven­ als ondergrondse componenten en het gehalte aan bodem­organische­C kunnen opdrijven, is er meer C­ en CO2­sequestratie in een AF­systeem in vgl. met een conventioneel landbouwsysteem (31, 36, 89, 103). Ook met betrekking tot reductie van N2O­emissies kan AF een rol spelen. Het IPCC vermeldt AF dan ook reeds onder mogelijke maatregelen voor mitigatie van CO2­ en N2O­emissies (31, 46, 47, 81). Het systeem van emissiehandel, een flexibiliteitsmechanisme van het protocol, kan bovendien de implementatie­kosten van een AF­systeem reduceren of een extra inkomen leveren voor de beheerder en op die manier de opkomst van AF faciliteren (31, 113). 1.4.1 C­ en CO2­sequestratie Peichl et al. maakten, met betrekking tot C­sequestratie, een vergelijkende studie tussen twee SAF­ systemen en een conventioneel landbouwsysteem te Ontario (Canada). Het betrof een SAF­systeem met dertien jaar oude populierenklonen (Populus deltoides x Populus nigra clone DN­177) en een SAF­systeem met dertien jaar oude fijnsparren (Picea abies L.), beide gecombineerd met gerst (Hordeum vulgare L. cv. OAC Kippen) op het moment van de studie (2002)(81). Ook in het reincultuursysteem was toen gerst aanwezig. De gemiddelde totale C­sequestratie van de bomen bedroeg respectievelijk 15.1 en 6.4 ton C per ha voor populier en fijnspar, beiden in een densiteit van 111 bomen per ha (81). De gehaltes aan C in de bodem in de bovenste twintig cm waren respectievelijk 78.5, 66 en 65 ton C per ha voor het populier­SAF­systeem, fijnspar­SAF­systeem en 50 6 Mton = 1 * 10 ton 30 gerst­reincultuursysteem (81). De gemiddeld totale C­concentratie in de bovenste twintig cm van de bodem was significant lager in het reincultuur systeem (2.4%) dan in het populier­SAF­systeem (3%) (81). De totale C­concentraties in de bodem waren niet significant verschillend voor verschillende afstanden loodrecht van een bomenrij hoewel een vroegere studie, zeven jaar na aanplant van de bomen, aangetoond had dat C­gehaltes in de bodem significant hoger waren op één en twee meter afstand van een bomenrij in vgl. met het midden van een tussengewasoppervlakte (81). Als verklaring werden de grotere boomhoogte en bijgevolg de andere distributie van strooisel over de gewasoppervlakte aangehaald. Met voornoemde gegevens van gemiddelde totale C­sequestratie door de bomen en de C­gehaltes in de bodems, en met een aanname van 3.4 ton C per ha voor gerst in reincultuur en 2.9 ton C per ha voor gerst in SAF stelden Peichl et al. de totale C­gehaltes op 96.5, 75.3 en 68.4 ton C per ha voor het populier­SAF­systeem, fijnspar­SAF­systeem en gerst­ reincultuursysteem respectievelijk, zodat dertien jaar na boomaanplant het totaal gehalte aan C 41% en 11% hoger is in SAF in vgl. met de gerst in reincultuur (81). Geschatte netto C­fluxen51, voor dezelfde volgorde van systemen, werden + 13.2, + 1.1 en ­ 2.9 ton C per ha per jaar (81). Dertien jaar na aanplant is de C­flux in het populier­SAF­systeem dus meer dan vier maal groter in vgl. met het gerst­reincultuursysteem (81). Op basis hiervan stellen Peichl et al. dat AF effectief een grotere potentieel biedt om atmosferische CO2­concentraties te reduceren in vgl. met conventionele landbouwsystemen (81). Wel moet opgemerkt worden dat er gedurende het onderzoek grote variabiliteit bleek tussen verschillende bomen en plaatsen in de bodem, en dat cijfers sterk afhankelijk zijn van boomsoort, leeftijd, boomdensiteit, bodemcondities en klimatologische omstandigheden en dat enkel C­opslag in de bovenste twintig cm van de bodem in rekening gebracht werd (81). De door Peichl et al. opgestelde C­modellen voor de drie systemen zijn te vinden in Bijlage 6. Thevathasan en Gordon vermeldden voor hetzelfde studiegebied een C­sequestratie door hybride populieren van veertien ton C per ha gedurende de periode vanaf aanplant tot wanneer de bomen een leeftijd van dertien jaar bereikten (113). De C­toevoer naar de bodem via badval en decompositie van wortels van de bomen schatten ze op 25 ton per ha, zodat gesteld werd dat de bomen eigenlijk in het totaal 39 ton C of 156 ton CO2 per ha gesequestreerd hadden over die dertienjarige periode. Met de aanname dat ca. 70% van de C­toevoer naar de bodem (die geschatte 25 ton) via microbiële decompositie­processen terug in de atmosfeer terecht kwam, stelden ze de totale C­sequestratie van de bomen op 21.5 ton per ha voor de tijdsperiode van dertien jaar. Hieruit berekenden ze een netto C­sequestratie­potentieel van de bomen van 1.65 ton C of 7 ton CO2 per ha per jaar (113). Omwille van de CO2­flux vanuit C­toevoer naar de bodem terug naar de atmosfeer is er nog wel discussie of het gehalte aan organische C in de bodem al of niet significant groter is in AF in vgl. met landbouw­reincultuursystemen. Verschillende auteurs stellen hogere waarden opgemeten te hebben, maar de verschillen zijn vaak niet significant. Gedurende 2008 voerde bambrick hierover een studie. Vier proefsites te Canada werden bemonsterd telkens om het organische C­gehalte in de bodem te vergelijken tussen een AF­systeem en een landbouw­reincultuursysteem. Voor twee van de vier sites werden geen significante verschillen waargenomen, waarschijnlijk omwille van de jonge leeftijd van de AF­systemen (vier jaar oud)(31). Voor een AF­site te Guelph52 (Canada) die een stuk ouder was, 21 jaar op het moment van de studie, werd een twaalf percent hogere waarde gevonden 51 Voor de berekening van de fluxen wordt verwezen naar Peichl et al., 2006 (81). Hier voerden onder andere ook Thevathasan en Gordon, Peichl en Rivest hun onderzoek uit. Guelph : Agroforestry Research Station te Canada. 52 31 voor organische C in de bodem in AF in vgl. met een reincultuursysteem (31). Voor de laatste site was het bodem­organisch­C­gehalte 77% hoger in AF, maar hierbij moet opgemerkt worden dat deze site een boomaanplanting betrof vooraleer ze werd omgevormd naar een AF­perceel, terwijl de drie andere percelen oorspronkelijk landbouwpercelen waren (31). Oelberman en Voroney stellen dat in de gematigde streken meer dan tien jaren aan SAF gedaan moet worden vooraleer significante wijzigingen in gehaltes van bodem­organische­C vast te stellen zullen zijn (78). AF biedt ook onrechtstreeks perspectieven door de druk op natuurlijke bossen, als grote C­sinks, te reduceren (95 ­> Montagnini en Nair 2004°). Door locale houtopbrengst is er minder behoefte aan houtimport, wat de druk op ontbossing in tropische regio’s kan verminderen (29, 60). Indien toch ontbost wordt, kan er gesensibiliseerd worden om de gekapte zone om te zetten in AF in plaats van conventionele landbouw (29). 1.4.2 N2O­emissie Aanvullend op de beschreven veiligheidsnet­hypothese wordt gesteld dat geschikte combinaties van boom­ en gewassoorten in AF in staat zijn om N2O­emissies te reduceren. Het IPCC rapporteerde dat N2O­emissies een aandeel hadden van 7.9% in de totale antropogene broeikasgasemissies in 2004 in vgl. met aan CO2­aandeel van 76.7% (46). De global warming potential (GWP)* van N2O is echter wel 296 keer hoger dan deze van CO2 (31). Door de kleinere gewasoppervlakte in AF (bvb. 10 tot 30% van het veld wordt ingenomen door bomenrijen) in vgl. met een reincultuurperceel is er minder N­bemesting nodig. Bomen voegen via strooisel en decompositie van wortels N toe aan de bodem wat opnieuw de bemestingsbehoefte vermindert indien de bomen dieper wortelen en niet sterk in competitie treden met het tussengewas voor stikstof uit oppervlakkige bodemlagen. Thevathasan en Gordon schatten de N­vrijstelling vanuit jaarlijkse bladval van hybride populieren (111 tot 222 bomen per ha53) op hun proefpercelen in de gematigde streken als equivalent aan zeven kg N per ha per jaar (113), waardoor in principe ook de hoeveelheid anorganische N­bemesting voor het tussengewas met deze waarde gereduceerd kan worden (113). Zhang beschreef cijfers voor gemiddelde jaarlijkse stikstofinput door boomstrooisel voor zilveresdoorn (Acer saccharinum L.), hybride populier (Populus spp.), Amerikaanse eik (Quercus rubra L.), en zwarte walnoot (Juglans nigra L.) (106 tot 160 bomen per ha) van respectievelijk 15.22, 10.99, 4.62 en 1.74 kg per ha (113, 128). Zhang stelt dat strooiselval gemiddeld 90.5% van de stikstofinput bedraagt en dat doorval (regen via bomenkruinen) en stamstroom (neerslagafstroom via de stam) respectievelijk de resterende 8.9% en 0.6% vormen (128). Bomen leveren dus nutriënten aan die potentiële ontstane nutriëntendeficiënties ten gevolge van competitie gedeeltelijk kunnen compenseren (commensalisme) en/of die het gebruik van kunstmatige meststoffen kunnen reduceren (113). Zoals beschreven bij de veiligheidsnet­hypothese, assimileren bomen nitraten die overblijven en/of uitlogen onder de gewaswortelzone wat resulteert in een grotere totale opname van nitraten en minder uitloging waardoor minder NO3­ beschikbaar blijft voor denitrificatie* en emissie als N2O. Met voornoemde elementen als visie stelden Thevathasan en Gordon Tabel 3 op 53 De AF­systemen te Guelph bestaan uit verschillende boomsoorten en omvatten boomdensiteiten van 111 tot 265 bomen per ha. Er staat niet gespecifeerd voor welke boomdensiteit deze schatting werd gemaakt. Op basis van voorgaande beschrijvingen in de tekst wordt veronderstelt dat het om 111 tot 222 bomen per ha gaat. Andere kwantificeringen van nutriëntenvrijstelling werden reeds doorheen de tekst aangehaald. 32 waarbij ze een jaarlijkse reductie in N2O­emissie van 0.69 kg per ha per jaar bekomen acht jaar na aanplant van snelgroeiende boomsoorten in SAF in vgl. met een reincultuur­landbouwperceel (113). Tabel 3 : Het potentieel van AF voor reductie in jaarlijkse N2O­emissie acht jaar na aanplant van snelgroeiende bomen. De tabel geeft een redenering opgesteld Thevathasan en Gordon. Een gemiddelde jaarlijkse N­ applicatie van 80 kg per ha werd aangenomen en een gewasoppervlakte onder AF van 90% in vergelijking met de gewasoppervlakte onder reincultuur. Verder werd aangenomen dat 1.25% van de stikstofbemesting en 2.5% van het uitgeloogd stikstof als N2O­emissie verloren gaat. Bron : (113). oorzaak van N2O reductie 10% kleinere gewasopp. efficiëntere N­cycli reductie in N­uitloging totale N2O reductie besparing in N­bemesting [kg/ha] 8 7 20 reductie in N2O emisie [N2O­N kg/ha] 0.1 0.09 0.5 0.69 Evers et al. rapporteerden op basis van onderzoek aan de universiteit van Guelph dat gemiddelde N2O­emissies, van juni 2007 tot augustus 2008, lager waren in een SAF­systeem(gemiddeld 7.5 g per ha per dag of gemiddeld 2.7 kg per ha per jaar) dan in reincultuursysteem (gemiddeld 10.7g per ha per dag – gemiddeld 3.9 kg per ha per jaar), maar het verschil was echter niet significant (31). AF had aldus het potentieel om N2O­emissies met 1.2 kg per ha per jaar te verminderen in vgl. met een conventioneel landbouwsysteem (31). Evers et al. vermelden dat wel rekening gehouden moet worden met het microklimaat van de bomen. Schaduw leidt tot lagere bodemtemperaturen waardoor microbiële processen die leiden tot vorming van N2O vertraagd worden (31), maar tegelijkertijd kan schaduw de evaporatie van bodemwater bemoeilijken waardoor N2O­emissies weer groter kunnen worden (31). Ook het N­gehalte in de bodem zelf speelt natuurlijk een rol (31). 1.5 Biodiversiteit* 1.5.1 Floradiversiteit Het introduceren van bomen op landbouwpercelen verhoogt de diversiteit aan plantensoorten. De diversiteitstoename is uiteraard groter wanneer verschillende boomsoorten op eenzelfde veld aangeplant worden. De niet­beteelde oppervlakte tussen de bomen in een bomenrij kan beplant worden of kan spontane ontwikkeling van planten toelaten (9). Het microklimaat gecreëerd door de bomen kan invloed hebben op de botanische samenstelling van een silvopastoral systeem. Burgess, verwijzend naar Crowe en McAdam (Crowe en McAdam, 1993°), vermeldt dat in een silvopastoral systeem, met permanent weiland en 35­jaar oude populieren in 6*6m plantverband, veranderingen in botanische compositie werden waargenomen in vergelijking met een aangrenzend weiland zonder bomen. Enkele plantensoorten als gewoon struisgras (Agrostis capillaris L.), gestreepte witbol (Holcus lanatus L.) en straatgras (Poa annua L.) kwamen vaker voor, en andere plantensoorten waaronder Engels raaigras (Lolium perenne L.), ruw beemdgras (Poa trivialis L.) en witte klaver (Trifolium repens L.) kwamen minder frequent voor (9). In een publicatie van Wervel wordt vermeld dat vanaf een tiental jaar na aanplant van de bomen de samenstelling van grassoorten langzaam zal verschuiven naar meer schaduwtolerante soorten die vaak van lagere kwaliteit zijn (139). 33 1.5.2 Faunadiversiteit Omdat bomen een microklimaat creëren, leiden tot meer habitatdiversiteit, optreden als voedselbron, nestplaats, symbiosepartner54 en/of refuge­habitat voor organismen wordt verondersteld dat AF­systemen meer kansen bieden voor biodiversiteit in vgl. met conventionele landbouwsystemen. Stamps en Linit stellen dat omwille van de grotere nichediversiteit en complexiteit in AF­systemen, in vgl. met conventionele landbouwsystemen, een grotere diversiteit aan insectensoorten aanwezig kan zijn en dat AF potentieel biedt om pestproblemen te reduceren (110). Ook Wolfe en Schoeneberger stellen dat meer biodiversiteit een buffer kan vormen tegen de ontwikkeling van pesten en pathogenen (98, 126). Zowel nuttige als schadelijke insecten kunnen meer kansen krijgen in AF, maar de grotere rijkdom aan soorten doet wel de kansen dalen dat een specifieke herbivorensoort55 dominant wordt en tot een plaag uitbreekt (110). Schoeneberger vermeld als specifiek voorbeeld van biologische bestrijding via AF het voorbeeld van het aanplanten van braambessen of bomen langs wijngaarden, aangezien die houtige planten dienen als winterrefugia voor parasitoïde insecten die schadelijke cicaden56 bestrijden (98 ­> Altieri°). Stamps et al. onderzochten de diversiteit aan arthropoda* in SAF­systemen met luzerne (Medicago sativa L.) of kweekdravik (Bromopsis inermis Leyss.) als tussengewas en zwarte walnoten (Juglans nigra L.) als boomcomponent (109). Met behulp van Figuur 16 toonden ze aan dat het luzerne­SAF­systeem een grotere diversiteit en abundantie aan predatoren en parasitische Hymenoptera57 ondersteunde en een lagere abundantie aan herbivoren omvatte in vgl. met luzerne onder reincultuur (109). Met betrekking tot arthropoda beschrijven Thevathasan en Gordon dat taxa zoals de Opiliones (hooiwagens), Dermaptera (oorwormen) en Carabidae (loopkevers), die vaak geassocieerd zijn met OM en gebieden die beschaduwd zijn overdag, significant vaker voorkwamen in een AF­proefplot in vgl. met een referentie reincultuur­ systeem (113). Met Figuur 17 verwijzen ze naar een studie door Middleton (Middleton, 2001°) die een significant hogere abundantie aan parasitoïden58 en detritivoren59 en een lagere abundantie aan herbivoren rapporteerde in een SAF­systeem (met zwarte walnoot (Juglans nigra L.), fijnspar (Picea abies (L.) H. Karst.) en maïs (Zea mays L.) in vgl. met een reincultuur­landbouwsysteem (113). Bomen kunnen echter ook plaagorganismen herbergen. Boer en Oosterbaan vermelden dat bepaalde luizensoorten houtige gewassen gebruiken om te overwinteren (22). Ook vermelden ze dat schaduw en de microklimaatsomstandigheden door de bomen de schimmeldruk kan verhogen, bijvoorbeeld van phytopthora bij aardappelgewassen (22). Burgess beschrijft de bevindingen van Griffiths et al.° door te vermelden dat de vegetatie tussen de bomen kan leiden tot een grotere densiteit aan naaktslakken (orde Pulmonata), welke de gewasontwikkeling negatief kunnen beïnvloeden (9). 54 Symbiose is het samenleven van twee verschillende plantensoorten via rechtstreeks contact. Organismen die delen van planten consumeren en dus bomen en gewassen kunnen beschadigen. 56 Een groep van insecten behorende tot de Hemiptera (halfvleugeligen). Cicaden leven van plantensappen zodat er wel wat plaaginsecten tussen zitten. 57 Vliesvleugeligen. Een orde in de classificatie van het fylum van de arthropoda. Arthropoda – uniramia – klasse insecta – orde hymenoptera. 58 Organismen die op een gastheer leven en die uiteindelijk doden. 59 Organismen die leven van dood organisch materiaal. 55 34 Figuur 16 : Abundantie en biodiversiteitsindices voor arthropoda­groepen met vergelijking tussen luzerne in SAF en luzerne onder reincultuur. Bron : (103). Uitleg van de biodiversiteitsindices is te vinden in de verklarende woordenlijst achteraan de scriptie. Figuur 17 : Totale abundantie aan arthropoda gemeten in juni te Guelph (Canada) in een SAF met 12­jaar oude bomen en in een reincultuursysteem. Bron : (113 ­> Middleton, 2001°). Het beheer speelt uiteraard ook een rol. Het is logisch dat natuurlijke bestrijders slechts aanwezig zijn wanneer ze voldoende voedsel vinden. Insecticidenbehandelingen die hun prooien doden, leiden ook tot het verdwijnen van natuurlijke predatoren, zodat plagen van schadelijke insecten makkelijker weer kunnen opkomen (29). Resistentie tegen bestrijdingsmiddelen is een bijkomende motivatie om het aandeel natuurlijke predatoren te behouden of op te drijven (29). Een hoger gehalte aan OM in de bodem kan een positieve invloed hebben op bodem­invertebraten­ gemeenschappen (105). In het systeem bestudeerd door onder andere Thevathasan, Gordon en Simpson werd op basis van metingen in 1997 en 1998 vastgesteld dat regenwormdensiteiten in AF gedurende de zomer hoger waren nabij de bomen omwille van strooiselinput en afwezigheid van frequente cultivatie (88), en dat de populaties aan wormen significant hoger waren in AF in vgl. met een conventioneel landbouwveld (88, 113). 35 AF­systemen bieden wegens de grotere habitatdiversiteit ook meer kansen voor vogels en kleine zoogdieren, die ook hun invloed kunnen hebben op de abundantie en diversteit van insectenpopulaties (53), maar door als prooi te fungeren zelf ook andere organismen kunnen aantrekken (9). Thevathasan en Gordon verwijzen naar Williams et al. (Williams et al., 1995°) die aantoonde dat meer en meer verschillende fouragerende vogels gespot werden in een SAF­systeem (81 vogels, 10 soorten) dan een reincultuur maïssysteem (6 vogels, 4 soorten)(113). In een silvoarable systeem met gras tussen de bomen (te Leeds) vond Wright (Wright, 1994°) een hoger aantal rosse woelmuizen (Clethrionomys glareolus), bosmuizen (Apodemus sylvaticus), aardmuizen (Microtus agrestis) en bosspitsmuizen (Sorex araneus) in vgl. met een referentie landbouwperceel (9). Klaa et al. vonden voor hetzelfde proefgebied, maar over een langere tijdsperiode, significant hogere densiteiten van bosmuizen en bosspitsmuizen in AF in vgl. met reincultuur bos­ of landbouwpercelen (59). Bomenrijen en haagstructuren kunnen optreden als stapstenen* of corridors* in het landschap, die verschillende geschikte habitats kunnen verbinden en aldus de migratie van organismen positief kunnen beïnvloeden (122, 125). AF creëert bovendien ook heterogeniteit in de tijd, wat verschillende species kan toelaten naargelang de tijdsspecifieke karakteristieken van het systeem (95). Ook onrechtstreeks, door het vertragen van de conversie van natuurlijke bossen, biedt het voordelen voor biodiversiteit (60). Ook onrechtstreeks, door het verlagen van de druk op tropische wouden en door het reduceren van erosie en uitloging, enz. kan AF een bijdrage leveren tot het behoud van biodiversiteit (103). 1.5.3 Mycorrhizae Mycorrhizae zijn bodemschimmels die in symbiotische associatie leven met planten. Deze samenleving is nuttig voor zowel schimmel en plant aangezien de schimmel C en koolhydraten ontvangt van de plant en tegelijk de plantenwortels helpt om nutriënten op te nemen via het vergroten van het worteloppervlak (44). De interactie is dus mutualisme (2, 53). Hyfen van mycorrhizae zijn dunner dan sommige wortelharen waardoor ze beter en dieper in de grond kunnen doordringen. De schimmels kunnen helpen bij water­ en nutriëntenopname, de mineralisatie van N en het verhogen van de opname­efficiëntie van bijvoorbeeld fosfaatverbindingen (44, 91, 99). De stijging in water­ en nutriëntenopnamepotentieel is afhankelijk van het percentage geïnfecteerde wortellengte en de lengte van de mycorrhizae hyfen (99). De volumetrische worteldensiteit [cm/cm³] kan met een factor 2.5 stijgen wanneer 15% van de wortellengte geïnfecteerd is (99). Mycorrhizae kunnen de worteloppervlakte met een factor 10 vergroten (91). Mycorrhizae kunnen bovendien wortelziektes reduceren : de ontwikkeling van een fungale mantel door ectomycorrhizae*vormt een mechanische barrière tegen pathogene infecties, sommige mycorrhizae kunnen antibiotica produceren die pathogenen onderdrukken, mycorrhizae leiden tot grotere competitie voor nutriënten met pathogenen, en mycorrhizae induceren afweermechanismen in de waardplant (44). De diversiteit aan arbusculaire mycorrhizae* is eerder laag in conventionele landbouwsystemen, onder andere vanwege bemesting, fungicidegebruik en bodembewerkingen (91, 105). Bainard et al. stellen dat AF­systemen potentieel bieden om de negatieve impact van landbouw op AM te reduceren, omdat AF­systemen een grotere abundantie en meer diverse AM fungi gemeenschappen ondersteunen in vgl. met conventionele landbouw (2). Chifflot et al. berekenden de diversiteit van AM­fungi in een veldexperiment in Québec en bekwamen Shannon­Wiener indexen* van 0.82 voor 36 sojaboon en 0.70 voor populier in een SAF­systeem in vgl. met 0.53 voor populier in bosverband (58). De bomen en het gewas leefden samen met verschillende fungi gemeenschappen waaruit Chifflot et al. een hogere rijkdom aan mycorrhizae in AF in vgl. met reinculturen afleidden (58). Over AF en mycorrhizae is echter nog maar weinig bekend. 1.6 Socio­economisch Via een korte SWOT­analyse werd getracht enkele mogelijke sterktes (Strenghts), zwaktes (Weaknesses), kansen (Opportunities) en bedreigingen (Threats) op socio­economisch vlak weer te geven. 1.6.1 Sterktes 1.6.1.1 Economisch Worden landbouw­reinculturensystemen, boomaanplantingen en SAF onderling vergeleken dan kunnen enkele economische aspecten aangehaald worden. Wordt kortstondige SAF60 vergeleken met een boomaanplanting, dan biedt SAF het voordeel dat er jaarlijks een inkomen gegenereerd wordt via het tussengewas. De bomen gaan pas na enkele jaren vruchten of waardevol hout opleveren. Aanplantings­ en beheerkosten kunnen zich dus vlugger terugwinnen in SAF. Wordt een silvopastoral60 systeem vergeleken met een bossysteem, dan heeft begrazing het voordeel dat het vegetatie die in competitie zou treden met de jonge bomen verwijdert (102). Nutriënten worden bovendien vanuit deze schadelijke vegetatie omgezet in meststoffen voor de bomen (102). In vergelijking met landbouw­reincultuursystemen worden in SAF nutriëntenverliezen geminimaliseerd, wordt erosie gereduceerd en vormt biologische bestrijding een groter aandeel. Daarom kan het gebruik van agrochemische stoffen (meststoffen en bestrijdingsmiddelen) gereduceerd worden (105). Smith maakt hierbij echter wel de opmerking dat hoewel AF mogelijkheden biedt als eco­ efficiënte61 systemen, er in de praktijk vaak de conventionele bemesting en bestrijding uitgevoerd wordt, wat het volledige potentieel van AF als laag­input en omgevingsvriendelijk systeem reduceert (105). In SAF­systemen leveren de bomen ook snoeihout en takhout, die een extra bron van inkomen kunnen vormen. Uiteraard leveren de bomen zelf een significant inkomen na enige jaren. Gezien de beheerder van een AF­systeem vaak zijn gewassen of dieren gaat inspecteren worden eventuele problemen met bomen vlugger opgemerkt in vgl. met bossystemen (29). 1.6.1.2 Sociaal Bomen of haagstructuren hebben een hogere landschappelijke waarde dan prikkeldraad als perceelsgrens. Een meer heterogeen landschap kan de esthetische en recreationele waarde opdrijven en de landschapswaarde verhogen (86, 125). Het aanplanten van traaggroeiende bomen kan ook als soort spaarpot of extra pensioensinkomen aanzien worden, bijvoorbeeld als inkomen na een boomteelt van vijftig jaar (29). 60 zie sectie 1.2 Smith beschrijft eco­efficiëntie hierbij als de mate van efficiëntie en duurzaamheid van hulpbronnengebruik in een productiesysteem. Wanneer evenveel of meer geproduceerd wordt met minder hulpbronnen en minder verlies aan hulpbronnen naar de omgeving, dan verhoogt de eco­efficiëntie (105). Eco­efficiëntie kan ook gezien worden als de ratio van de waarde van een systeem tot de ecologische belasting van het systeem (90). 61 37 1.6.2 Zwaktes 1.6.2.1 Economisch Het invoeren van bomenrijen heeft voor de landbouw het grote nadeel dat de oppervlakte voor agrarische productie kleiner wordt. De oppervlakte­inname van een enkelvoudige bomenrij is minimum 0.5 à 1m per aangrenzend perceel (16). Zonder rekening te houden met ecologische interacties is de gewasopbrengst in SAF op zich dus al lager in vgl. met een reincultuursysteem. Na verloop van tijd gaan de bomen meer schaduw werpen en meer water opnemen en kunnen gewasopbrengsten sterk dalen (zie deel twee van dit werk). Bovendien verloopt de agrarische exploitatie minder rendabel (22, 115). In de nabijheid van de bomen moet de werknemer voorzichtig zijn om de bomen en de werktuigen niet te beschadigen. Burgess et al. beschrijven dat praktijkervaring aantoonde dat bomenrijen minstens twee meter breed moeten zijn om schade te minimaliseren (12). Wanneer echter rekening gehouden wordt met de kleinere gewasoppervlakte kan het werk op hectarebasis waarschijnlijk ongeveer even vlug verlopen in vgl. met een reincultuur­ perceel (115). Het snoeien van de bomen vraagt uiteraard wel extra werk. Verschillende beheerinstrumenten moeten aangekocht te worden, wat leidt tot hoge investeringskosten (86). AF­systemen zijn vanuit alle standpunten complexer dan monocultuursystemen. De landbouwers hebben verschillende types producten die ze aan de man moeten kunnen brengen62. Een vraag is ook in hoeverre er interesse zal zijn voor de toch eerder kleine houtvolumes van een AF­perceel (115). 1.6.2.2 Sociaal De net aangehaalde complexiteit is ook op sociaal vlak een negatief punt, want AF­systemen vereisen meer kennis en werk (75). De grootste zwakte momenteel is de onzekerheid inzake rendabiliteit en efficiëntie van AF. De beslissing om met AF te starten kan niet ongedaan gemaakt worden gedurende een gehele boomrotatie­periode (29). Het wijzigen van de perceelsvorm, indien dat nodig zou zijn, wordt moeilijk door de aanwezigheid van de langlevende bomen. Indien niet met snelgroeiende boomsoorten of klonen wordt gewerkt dan kunnen bomen pas na enkele jaren (vanaf een zestigtal jaar) geoogst worden. Dit is een lange periode zodat de persoon die de bomen liet aanplanten er vaak zelf de economische voordelen niet van ondervindt. 1.6.3 Opportuniteiten 1.6.3.1 Economisch Zoals beschreven staat in Bijlage 3 zullen subsidies verkregen kunnen worden wanneer men een AF­ systeem opstart (83). Voor het invoeren van dergelijke subsidies in de gematigde streken is de gestelde definitie (sectie 1.1) echter te ruim. Er wordt namelijk niet gespecifieerd hoeveel bomen minimum aanwezig moeten zijn of hoe groot de tussengewasoppervlakte minstens moet zijn om het systeem als AF te beschouwen. Een juridische definitie zal ontworpen moeten worden. 62 Tenzij het gaat om een subsistentie­systeem. 38 Er is toenemende aandacht om een economische waarde aan ecosysteemdiensten toe te kennen om op die manier de aandacht te vestigen op het belang ervan. Bij verder onderzoek zal nagegaan kunnen worden welke financiële voordelen de bomen in het landbouwlandschap kunnen bieden. Met betrekking tot AF­systemen waar de productie van waardevol hout door de boomcomponent nagestreefd wordt, kan vermoed worden dat de prijs van hout in de toekomst waarschijnlijk zal stijgen (29, 86). Uiteindelijk is het vooral de evolutie in de verhouding tussen houtprijzen en oogstprijzen van gewassen die zullen bepalen welk landgebruikssysteem economisch het meest interessant is (29). 1.6.3.2 Sociaal Bij een grootschalig systeem kan de verbeterde landschapswaarde een trekpleister vormen voor recreanten en toeristen, en eventueel kan de beheerder daarop inspelen om extra inkomsten te verwerven (86). Het spotten van vogels en jacht behoren tot de mogelijkheden. Indien de beheerder van een AF­systeem zijn gebied openstelt voor recreanten kan hijzelf er misschien in de toekomst subsidies voor ontvangen. Ook certificering kan in de toekomst een rol gaan spelen. 1.6.4 Bedreigingen 1.6.4.1 Economisch De bomen staan lange tijd op het perceel en worden aan tal van gevaren blootgesteld gedurende hun levensduur. De eerder kleine percelen in Vlaanderen bemoeilijken AF, aangezien de impact van schaduw en de ermee gepaard gaande reductie van gewasopbrengst sterk doorweegt. Voor de gematigde streken is er nog een groot gebrek aan experimentele data omtrent AF. Dit leidt tot onzekerheid in het opstellen van een ontwerp maar vooral ook in financiële onzekerheid. Een duidelijk bewijs dat AF inzake productie en economische waarde niet of weinig moet onderdoen voor conventionele landbouw is nodig om meer landeigenaars te overtuigen. 1.6.4.1 Sociaal Bij een productiegericht systeem zal misschien de neiging ontstaan om gebruik te maken van exoten of genetisch gemodificeerde planten, wat vanuit ecologisch of sociaal standpunt niet altijd even goed aanvaard wordt. 1.7 Ontwerp en beheer Limitaties, competitie­aspecten en dus nadelen van AF kunnen vaak deels gereduceerd worden via het opstellen van een geschikt ontwerp en vervolgens via het voeren van een goed beheer. Een goede aanplant en een goed beheer van de bomen zijn noodzakelijk om een succesvol AF­systeem te bekomen (82). 1.7.1 Oriëntatie en boomdensiteit Het is niet eenvoudig om een optimale boomdensiteit naar voor te schuiven. Veel is afhankelijk van de boom­ en gewassoorten die gebruikt zullen worden en van de hoofddoelstelling van het invoeren van de bomen. Voor effecten van verschillende boomdensiteiten wordt verwezen naar het tweede 39 gedeelte van deze masterproef. Wel kunnen enkele algemene principes met betrekking tot het ontwerp van een AF­systeem aangehaald worden : De afstanden tussen de bomenrijen dienen afgesteld te worden op de specifieke machines die gebruikt zullen worden voor het beheer van de landbouwcomponent (29). Ook met de draaibewegingen van de machine aan de randen van het veld moet rekening gehouden worden (zie sectie 2.2.3.3 in het tweede gedeelte van deze scriptie). Bij de grootte van het tussengewasveld moet men ook rekening houden met het mogelijk positieve effect van de grotere insectendiversiteit. Hierdoor is de breedte van het tussengewasveld best niet te groot (98, 142). Wolfe prefereert bijvoorbeeld rijafstanden kleiner dan 20m (142). Met betrekking tot de oriëntatie van de bomenrijen moet met drie aspecten rekening gehouden worden : met minimale gevolgen van schaduwworp, met maximale windschermfunctie en met de vorm van het perceel. Bomenrijen worden best georiënteerd zodat lange rijen mogelijk zijn en het manoeuvreren met landbouwmachines zo beperkt mogelijk gehouden wordt. Ook toegang tot de percelen en de verschillende gewasstroken moet zo eenvoudig mogelijk kunnen gebeuren (29). Bomenrijen loodrecht op de krachtigste windrichting zijn het meest geschikt om een goede windschermfunctie te vervullen (6). De oriëntatie van de bomenrijen heeft wel een belangrijke invloed op de homogeniteit van geprojecteerde schaduw op een perceel op dagniveau, zoals aangegeven met Figuur 18. Bij noord­zuid geörienteerde bomenrijen (Figuur 18 links) valt schaduw in de voormiddag aan de andere kant van de bomenrijen en in de namiddag aan de andere kant. Op de middag valt schaduw vooral tussen de bomen zelf. Bij oost­west georiënteerde rijen (Figuur 18 rechts) valt schaduw altijd aan dezelfde kant van de bomenrijen (noordkant), en bijgevolg ook minder tussen de bomen zelf. Bij oost­west rijden is er daarom sterke heterogeniteit in belichting mogelijk met verschillen van 20 tot 30% op verschillende plaatsen op het gewasveld (29). Dit kan leiden tot verschillen in rendement en afrijpingstijdstippen van het tussengewas (29). Een ongelijke afrijping bemoeilijkt de mechanische bewerking (29). Dupraz, Liagre en andere auteurs stellen dat het daarom aangewezen is de boomrijen volgens een noord­zuid oriëntatie aan te planten, indien het perceel dat toelaat (29). Bij percelen op hellingen, met risico op erosie, worden bomenrijen best dwars op de helling63 geplaatst (35). Figuur 18 : Ruimtelijke verdeling van PAR­instraling voor noord­zuid en oost­west georiënteerde bomenrijen. De groene cirkels tonen aan waar er bomen staan. De kleuren duiden aan welke fracties van PAR­instraling het bodemoppervlak bereiken. Links : noord­zuid gerichte bomenrijen. Rechts : oost­west gerichte bomenrijen. Bron : (29). 63 Volgens de contourlijnen (hoogtelijnen) 40 1.7.2 Boomsoortenkeuze en gewaskeuze Het kiezen van boom­ en gewassoorten in AF is meer dan rekening houden met locale klimaat­ en bodemomstandigheden en met de topografie (29). Speciesselectie met betrekking tot ondergrondse interacties betekent niet dat soorten gekozen moeten worden met genetisch geschikte wortelkarakteristieken op zich, maar er moet vooral rekening gehouden worden met de reactie van het wortelstelsel op de omgeving die gecreëerd zal worden in het AF­ontwerp (99). 1.7.2.1 Boomsoortenkeuze Ideale bomen lijken deze waarbij complementariteit tussen gewas en bomen gemaximaliseerd wordt, dus diepwortelend of de mogelijkheid om gestimuleerd te worden om dieper te gaan wortelen en een kroon in blad zoveel mogelijk buiten het groeiseizoen van de tussengewassen (105). Om het effect van schaduwworp op het tussengewas verder zo klein mogelijk te houden zijn de meest geschikte boomsoorten deze met een smalle kroon, een lage takdensiteit en een bladdistributie die voldoende lichtdoorval toelaat (73). Bladverliezende bomen zijn beter geschikt dan altijdgroene bomen (73), tenzij de bomen specifiek als windscherm opgesteld werden. Voor een goede windschermfunctie zijn snelgroeiende en diepwortelende bomen het meest geschikt (3), en wordt best gewerkt met gelijkjarige boomsoorten om de continuïteit van het scherm te verzekeren (6). In Europa ligt de nadruk in AF toch op loofbomen (41) in combinatie met wintergewassen. Het objectief speelt dus uiteraard een rol. Er kan een onderscheid gemaakt worden in systemen waar de bomen specifiek ingevoerd worden omwille van hun protectiefunctie, of systemen waarbij productie de hoofddoelstelling vormt. Bij dit laatste kan een onderscheid gemaakt worden tussen AF­systemen die werken met fruit­ of notenbomen en systemen gericht op bomen voor houtproductie. Voor beide is het belangrijk dat er een afzetmarkt is voor de producten. Fruitbomen lijken interessant aangezien ze zowel hout als fruit opleveren, maar vanwege een verschillend snoeibeheer is het echter moeilijk om tegelijk vrucht­ of notenproductie én productie van kwaliteitshout te maximaliseren. Eichhorn et al. stellen dat bomen gericht op houtproductie een grotere potentieel lijken te hebben voor SAF in vgl. met fruitbomen (30). Dit vanwege limitaties voor oogst van de vruchten of noten en omdat verondersteld wordt dat fruitbomen gevoeliger zijn voor competitie met de gewassen gedurende kritische periodes in het groeiseizoen (30). De gewascomponent kan het oogsten van het fruit bemoeilijken, of het gewas kan beschadigd worden tijdens de oogst (30). Betreffende het gebruik van stikstoffixerende bomen is er in de gematigde streken weinig keus : Robinia (30­35 kg N2/ha*jaar), Alnus (48­185kg N2/ha*jaar) en Prosopis (20­50kg N2/ha*jaar)(53 ­> Boring en Swank°, Daniere et al.° en Sharifi et al.°). Prosopis komt niet voor in België. Robinia is een exoot en lijkt minder geschikt voor gebruik in AF omdat deze vaak oppervlakkig wortelt (86). Els kent een snelle groei en lijkt geschikt, maar produceert minder waardevol hout (29). Enkele auteurs schrijven dat dit, omdat els minder frequent voorkomt op de commerciële houtmarkt, net opportuniteiten biedt omdat de vraag groter lijkt dan het aanbod (86). Seiter et al (Seiter et al., 1995°) hebben aangetoond dat in een SAF­systeem te Oregon met Els (Alnus rubra Bong.) en maïs (Zea mays L.) 32% tot 58% van de stikstof in maïs afkomstig was van N die gefixeerd werd door de elzenbomen (103). Indien tussengewassen bemest worden bieden N­fixerende bomen wellicht slechts een gering voordeel, zodat andere bomen met betere karakteristieken verkozen kunnen worden. 41 Er dient ook rekening gehouden te worden met de strooiselkwaliteit van de boomcomponent en de invloed ervan op de bodemvruchtbaarheid en zuurtegraad van de bodem. De strooiselkwaliteit van loofbomen is over het algemeen beter dan deze van naaldbomen (96). Bij het ontwerp moet bovendien rekening gehouden worden met plant­insect interacties, aangezien variaties in boom­ gewas combinaties en ruimtelijke ordening een effect kunnen hebben op de densiteit van insectenpopulaties (116). Planten met gemeenschappelijke vijanden zijn te vermijden (29). Snelgroeiende bomen die hout produceren waarvoor een afzetmarkt aanwezig is lijken voorlopig te verkiezen, omdat beheerders dan een uitzichtpunt hebben en zelf de voordelen van de bomen nog kunnen ondervinden, wat de implementatie van AF kan bevorderen (86). Populier (Populus spp.), walnoot (Juglans spp.), boskers (Prunus avium L.) en es (Fraxinus excelsior L.) zijn hierbij interessante soorten omdat hun kronen redelijk wat licht doorlaten en omdat ze een goede strooisel­ en houtkwaliteit hebben64. Voor een specifieke keuze wordt verwezen naar het tweede deel van deze scriptie. Indien een silvopastoral systeem opgestart wordt moeten de bomen beschermd worden tegen de grazende dieren (73). Aangezien boomdensiteiten in silvoarable en silvopastoral systemen vaak gelijkaardig zijn, is een andere mogelijkheid om te starten met een silvoarable systeem en wanneer de bomen teveel schaduw werpen voor het tussengewas, over te schakelen naar een silvopastoral systeem. De bomen zijn dan al groter en steviger (bvb. na 15 jaar afhankelijk van standplaatskwaliteit)) zodat een bescherming tegen vee minder of niet meer nodig is. 1.7.2.2 Gewaskeuze Het afwisselen van gewassen in de tijd leidt tot betere gewasprestaties waardoor vruchtwisseling* aan te raden is (91). Bij de keuze van de vruchtwisseling moet met tal van aspecten rekening gehouden worden zoals bodem­ en klimaatomstandigheden, het effect van gewassen op bodemstructuur­ en bodemvruchtbaarheid, de beheersing van onkruiden, ziekten en plagen, zaai­ en oogstdata van de voorvrucht, potentiële afzetmogelijkheden, arbeidsorganisatie en beschikbaar materiaal (84). Hoewel een vruchtwisseling extra planning, kennis en materiaal vereist, kan een goed uitgewerkte gewasopvolging helpen om de bodemvruchtbaarheid beter op peil houden, erosie te reduceren, pesten en plagen beter onder controle te houden en onkruiden te bestrijden (84, 91). In de hedendaagse maatschappij waar de druk om meststoffen en plantenbeschermingsmiddelen te beperken groter wordt, is een goede vruchtwisseling van groot belang (91). Bijlage 7 toont resultaten uit een langetermijnexperiment waarbij de effecten van zeven gewassequenties en vijf verschillende bemestingsbehandelingen bestudeerd werden op de opbrengst en opbrengststabiliteit van maïs (Zea mays L.) en tarwe (Triticum aestivum L.). De figuren tonen aan dat opbrengsten in een vruchtwisselingsysteem altijd hoger waren in vgl. met een monocultuur systeem (4). Een gewasrotatie met vooral wintergewassen wordt aanbevolen om de boomwortels te motiveren dieper te gaan wortelen en om complementariteit te bekomen (29). Wortels van wintergewassen bezetten namelijk de bodem al vooraleer de wortelgroei van bomen weer opgedreven wordt, waardoor boomwortels als het ware verplicht worden om hun hulpbronnen dieper te gaan zoeken (29). Wintergewassen in combinatie met loofbomen leiden bovendien tot complementariteit voor licht. Voor een specifieke gewaskeuze wordt opnieuw verwezen naar het tweede deel van dit werk. 64 Voor een meer uitgebreide beschrijvingen van boomsoorten die geschikt kunnen zijn in Nederland en België wordt verwezen naar het werk van Postma, 2005 (86). 42 1.7.3 Snoei Om goede stamvormen te bekomen, negatieve interacties (schaduwworp en competitie voor water en nutriënten) te reduceren en de economische waarde van de bomen op te drijven worden de bomen in AF opgesnoeid. Begeleidingssnoei geeft als functie om vorken en probleemtakken te verwijderen zodat een boom een rechte stam kan opbouwen (24). Voor verdere opsnoei dient een onderscheid gemaakt te worden tussen bomen gericht op fruit­ of notenproductie en bomen waar kwaliteitshout als hoofddoel wordt vooropgesteld. Bij de eerste wordt via snoei een maximale productie aan noten of vruchten, eventueel een korte takvrije stam met waardevol hout, en een eenvoudige fruitoogst nagestreefd. Bij bomen gericht op houtproductie wordt een langer takvrij stamgedeelte gecreëerd die de economische waarde van de bomen opdrijft (24). Wegens het verschil in snoeiregime is het aldus aangewezen om ofwel fruit­, noten­ of houtproductie voorop te stellen en het beheer daarop aan te passen. Bij loofbomen in bosverband is er natuurlijke stamreiniging* die gedeeltelijk de snoei vervangt (24), maar vanwege de lage boomdensiteiten is dit niet het geval in AF (29), zodat snoei een noodzakelijk maatregel is wanneer een takvrij stamgedeelte een doelstelling is. Omdat takken een rol spelen bij de groei, moet snoei progressief gebeuren (29). Er wordt best gewerkt met meerdere arbeidsgangen zodat takken niet te dik zijn en ook niet teveel kroon in een keer weggenomen wordt (max. 20% van de levende kroon per keer)(24). In praktijk kan jaarlijks of bij snelle groei zelf twee maal per jaar gesnoeid worden (29). Snoei van dode takken kan het hele jaar door gebeuren (24). Het snoeien van levende takken gebeurt bij loofbomen best in de zomer, wanneer de boom in staat is om meteen te reageren op de verwondingen (24). Voor naaldbomen worden levende takken best gesnoeid in de winter (24). Snoei zorgt voor een reductie in bladoppervlakte van de bomen, wat schaduwworp reduceert en de boomgroei vertraagt zodat ook de behoefte aan water en nutriënten kleiner wordt (29). Dupraz en Liagre stellen dat een snoeibeheer in AF­context de periode waarover een tussengewas kan geteeld worden, significant kan verlengen, aangezien dit meer licht kan ontvangen (29). Figuur 19 toont de lichtbeschikbaarheid voor een tussengewas voor twee verschillende opsnoeihoogtes en voor twee verschillende oriëntaties van de bomenrijen. Hoe hoger de takvrije stam, hoe meer licht het gewas kan bereikenontvangen. Voor noord­zuid rijen (stippellijnen) is de lichtbeschikbaarheid uniform overheen een plot (volle lijnen). Voor oost­west rijen (volle lijnen) is er sterke variabiliteit in lichtbeschikbaarheid (28). Figuur 19 : Lichtbeschikbaarheid voor het tussengewas voor verschillende opsnoeihoogtes van populierenklonen en voor verschillende oriëntaties van de bomenrijen. De figuur werd opgesteld op basis van gegevens vanuit de experimentele plot te Vézénobres. Bron : (28). 43 1.7.4 Wortelbehandeling Via een wortelbehandeling kunnen de bomen gemotiveerd worden om dieper te gaan wortelen en kan verhinderd worden dat de boomwortels zich ver uitstrekken over de gewasoppervlakte. Deze wortelsnoei betreft het doorsnijden van laterale boomwortels in de bovenste 20 tot 30cm van het bodemprofiel (113) die zich naar de gewaszone toe dringen (6). Deze behandeling is een maatregel die minstens om de twee jaar herhaald moet worden afhankelijk van boomsoort en weercondities (6, 29). In vgl. met beschreven experimenten met wortelbarrières wordt verondersteld dat dergelijke wortelbehandeling tot gelijkaardige resultaten zal leiden. De competitie voor water tussen de bomen en gewassen zal gereduceerd worden, maar echter ook de interceptie van uitlogende nutriënten onder de gewaswortelzone. Verder kan het de stabiliteit van bomen en hun functie als windscherm negatief beïnvloeden (6). In de studies van Gillespie et al. (zie sectie 1.3.4.3 ) werd ook het effect van wortelsnoei nagegaan. Diametergroei van zwarte walnoot was significant lager wanneer de wortels gesnoeid werden tegenover wanneer dit beheer niet gevoerd werd. Voor de eiken werden geen significante verschillen waargenomen tussen de drie beheermaatregelen (wortelbarrières, geen barrières en wortelsnoei) zoals aangegeven in Figuur 20. Figuur 21 toont aan dat voor beide systemen gemiddelde gewasopbrengsten voor maïs voor alle rijen hoger waren wanneer boomwortels gesnoeid werden in vgl. met maïs in SAF­plots zonder of met wortelbarrières tussen de bomen en de maïs. Figuur 20 : Diametergroei van zwarte walnoten en rode eik in SAF voor drie verschillende beheeropties : ongelimiteerde wortelgroei, wortelbarrières en wortelsnoei. Op de x­as staan verschillende jaren van metingen weergegeven, op de y­as diametergroei in cm per jaar. Significante verschillen werden waargenomen voor zwarte walnoot tussen systemen zonder wortelbarrière en systemen met wortelsnoei. Voor de eiken werden geen significante verschillen waargenomen. Bron : (39). 44 Figuur 21 : Graanopbrengsten voor maïs in SAFvoor de drie verschillende beheeropties met betrekking tot de wortelsystemen van de componenten. Opbrengsten lijken voor beide systemen en voor alledrie de gewasrijen het hoogst te zijn bij het wortelsnoei­beheer. Een tussengewasoppervlakte omvat zes gewsrijen. Rij 1 is een gewasrij net naast de bomen, rij 3 is een gewasrij centraal in de gewasoppervlakte. Bron : (39). 1.7.5 Irrigatie, bemesting en bestrijdingsmiddelen Irrigatie kan nodig zijn afhankelijk van bodemkarakteristieken, klimaatscondities en de te combineren plantensoorten. Dit is echter een dure en te vermijden maatregel. Wanneer irrigatie moet optreden, moet dit ingerekend worden in het ontwerp. Wanneer men het gewas wenst te irrigeren, dan is het namelijk niet gewenst dat jonge bomen een groot deel van het water intercepteren. Irrigatie van de bomen zelf kan dan weer gewenst zijn wanneer droogte­omstandigheden de overleving van de bomen gedurende hun beginjaren bedreigen (29). Irrigiatie wordt best uitgevoerd in het voorjaar, vooraleer de bomen hun wortelgroei opdrijven, zodat ze opnieuw gestimuleerd worden om dieper te gaan groeien (29). Frequente irrigatie van oudere bomen moet omwille van dezelfde reden en omwille van het vermijden van een sterk gelokaliseerd wortelstelsel vermeden worden, anders kan de boom eens irrigatie wegvalt sterk leiden onder de ‘ontwenning’ (29). Ook daarom wordt best vermeden om lang na elkaar een gewas te telen dat geïrrigeerd moet worden (29). Bemesting beïnvloed de interactie voor stikstof en de stikstofuitloging. Deze aspecten werden reeds doorheen de scriptie aangehaald. In het hoofdstuk omtrent biodiversiteit werd aangegeven dat in AF­ystemen het gebruik van bestrijdingsmiddelen mogelijk ingeperkt kan worden. 45 46 2. Modellering 2.1 Doelstelling Gezien de omgevingsvoordelen die aan AF worden toegeschreven, lijken SAF­systemen vanuit ecologisch perspectief te verkiezen te zijn boven conventionele landbouw­reinculturen. SAF­ systemen kunnen echter slechts een concurrerende landgebruiksoptie vormen wanneer ze ook qua productiviteit en economische opbrengst evenwaardig kunnen zijn aan deze reincultuursystemen. Experimentele studies die een gelijke of hogere productiviteit en economische haalbaarheid aantonen zijn daarom noodzakelijk om AF meer ingang te laten vinden in de gematigde streken. Wegens gelimiteerde experimentele kwantitatieve data worden voorlopig vaak modellen gebruikt om deze aspecten te bestuderen. Dit werd ook gedaan in deze studie. De bedoeling was om de ‘Land Equivalency Ratio’ (LER), welke een maat is voor productiviteit (zie sectie 2.2.9), te berekenen voor een virtueel SAF­systeem over de gehele periode van een boomrotatie, en dit voor verschillende scenario’s. Om dit te kunnen verwezenlijken waren opbrengstgegevens nodig van de componenten in het SAF­systeem. Gewasopbrengsten en houtvolumes werden voorspeld via simulaties met behulp van een deterministisch computermodel, het Plot­SAFE model. Het was interessant geweest om naast de bekomen LER­waarden een economische equivalent te plaatsen, maar dit viel echter buiten het bereik van deze scriptie. 2.2 Materiaal en methoden 2.2.1 Modelbeschrijving 2.2.1.1 Oorsprong van het model Plot­SAFE is een model dat ontworpen werd gedurende het SAFE­project (11). SAFE, wat stond voor Silvoarable Agroforestry For Europe, was een Europees onderzoeksproject dat opgestart werd in augustus 2001 en beëindigd werd in januari 2005 en waar meer dan zeventig wetenschappers uit acht verschillende Europese landen bij betrokken waren (28). Het project had als doelstellingen om AF te promoten via onderzoek en bijhorende publicaties in verband met moderne AF­systemen, hun productiviteit, hun compatibiliteit met hedendaagse landbouwtechnieken, hun economische waarde, alsook via het voorstellen van uniforme Europese AF­beleidsrichtlijnen (28). Om deze doelstellingen te bereiken werden gedurende het project data verzameld en biofysische en socio­economische instrumenten ontwikkeld om de waarde, productiviteit en de voordelen van moderne SAF­systemen te beoordelen en het potentieel van AF als potentieel duurzaam en omgevingsvriendelijk landgebruikssysteem in te schatten (129). Als instrumenten werden onder andere de biofysische modellen Hi­SAFE en Yield­SAFE en het economisch gerichte Farm­SAFE ontwikkeld. Het verschil tussen Hi­SAFE en Yield­SAFE bevindt zich in de complexiteit. Hi­SAFE is een complex model geschikt om interacties tussen bomen en gewassen per groeiseizoen of per jaar te bestuderen. Om langetermijnsimulaties van boom­ en gewasopbrengsten te maken werd het eenvoudiger Yield­SAFE model ontwikkeld (28). In 2004 vercodeerden Burgess et al.° de Yield­SAFE­ en enkele Farm­SAFE­ vergelijkingen in Microsoft©Excel werkbladen. Dit Excel­model, als een combinatie van de twee andere modellen, werd Plot­SAFE genoemd (10), en kan gebruikt worden om opbrengsten van boom­ en gewascomponenten te voorspellen en aan de hand van deze een economische evaluatie 47 uit te voeren. Voor deze studie werd dit Plot­SAFE model65 gebruikt om opbrengsten te simuleren over een periode van twintig jaar66. 2.2.1.2 Modelconcept Groei van planten kan essentieel beschreven worden als de conversie van hulpbronnen in biomassa en kan daarom gedeeltelijk voorspeld worden in termen van de beschikbaarheid van deze hulpbronnen en de gebruiksefficiëntie ervan (117 ­> Monteith, 1990°). In het Plot­SAFE model wordt verondersteld dat nutriëntbeschikbaarheid niet gelimiteerd is (omdat verondersteld wordt dat landbouwers hun gewassen zodanig bemesten dat limitatie niet voorkomt), zodat licht en temperatuur de opbrengstbepalende factoren67 zijn, en water als een eventuele opbrengstlimiterende factor67 beschouwd wordt (117). Met opbrengstreducerende factoren67 zoals ziektes, pesten, enz. wordt geen rekening gehouden. Het model berekent, via een dagelijkse tijdstap, de lichtinterceptie door de bomen en gewassen en leidt daaruit de potentiële drogestof (DS)­ biomassaproductie68 af (42). De actuele DS­biomassaproductie68 wordt dan afgeleid door ook waterbeschikbaarheid in rekening te brengen (42). Met groei gaan ook veranderingen in bladbedekking van de boom­ en gewascomponenten gepaard, welke ook per dag berekend worden (42). Op deze manier wordt getracht de dynamica van competitieve verwerving van licht en water en de geassocieerde groei van de componenten in een AF­systeem te beschrijven (117). Het uiteindelijke doel van het model is om voorspellingen te maken van site­specifieke langetermijn boom­ en gewasopbrengsten op basis van historische of gesimuleerde weergegevens en relevante bodemfysische karakteristieken (117). 2.2.1.3 Modelvergelijkingen en modelparameters Het model bestaat uit een reeks vergelijkingen die de temporele dynamiek beschrijven van actuele groei, bladoppervlakte­indexen, het bodemvochtgehalte, enz. Op basis van het hierboven beschreven concept en de modelvergelijkingen simuleert het model biomassa’s van bomen en gewassen. De totale geproduceerde biomassa van een plant op het einde van zijn levenscyclus wordt vervolgens opgesplitst in twee delen, namelijk ‘een oogst’ die het gewenste doelproduct omschrijft (bijvoorbeeld de hoeveelheid hout in een takvrij stamgedeelte, een graanopbrengst, enz.) en ‘een bijproduct’ (bijvoorbeeld takhout, bladeren en stengels van graangewassen, enz.). De belangrijkste vergelijkingen van het model en de bijhorende parameters staan beschreven in Bijlage 8. Kwantificering van de parameters gebeurde op basis van waarden uit literatuur en/of persoonlijke communicatie, en de uiteindelijk gekozen waarden die gebruikt werden voor de modellering staan weergegeven in Bijlage 9. 65 Met dank aan Dr. Anil Graves (Cranfield University) voor het verkrijgen van het model. De reden voor die twintig jaar wordt beschreven in sectie 2.2.3.3 67 Voor terminologie wordt verwezen naar Van Ittersum en Rabbinge, 1997 (118). 68 Potentiële productie wordt bepaald op basis van opbrengstbepalende factoren, zijnde licht en temperatuur. 67 Met mogelijke water­ of nutriëntenlimitatie of groeireducerende factoren , zoals ziektes of pesten, wordt geen rekening gehouden. Actuele productie wordt hier bepaald door eventuele waterlimitatie wel in rekening te brengen. Meer algemene uitleg over deze begrippen zijn onder andere te vinden in de verklarende woordenlijst achteraan dit werk en in Van Ittersum en Rabbinge, 1997 (118). 66 48 2.2.1.4 Inputgegevens Aangezien groei voorspeld wordt op basis van de beschikbaarheid aan licht en water, en gewasontwikkeling­ en oogst op basis van temperatuur, moeten gegevens met betrekking tot deze aspecten ingevoerd worden in het model. Omdat het model werkt met een dagelijkse tijdstap, moeten voor elke dag in de simulatieperiode gegevens ingevoerd worden over kortgolvige instraling [ �� �²� ��� ], neerslag [ �� ��� � en de gemiddelde luchttemperatuur [°C] van die dag. Ook informatie over bodemdiepte [mm] en bodemtextuur69 zijn noodzakelijk om het model te laten werken. Keuze van het ontwerp van een AF­systeem gebeurt via het invoeren van een boomdensiteit, het bepalen van de grootte van de tussengewasoppervlakte en het kiezen van de boom­ en gewassoorten. Het beheer wordt bepaald door het afstellen van de mate van dunning van de boomcomponent, de mate waarin bomen gesnoeid moeten worden, de mate van stikstofbemesting en het al of niet irrigeren van het systeem. 2.2.1.5 Calibratie Na het invoeren van de parameterwaarden en inputgegevens gebeurt een modelcalibratie. Hiervoor worden simulaties gemaakt voor landbouw­reinculturen en een bossysteem met respectievelijk dezelfde gewassoorten en boomsoort die men wenst te gebruiken voor de latere simulatie van het AF­systeem. Voor elk gewas berekent het model een gemiddelde actuele opbrengst voor een twintigjarige70 monocultuur*71 periode. Door het wijzigen van twee parameters, namelijk de transpiratiecoëfficiënt (γ)72 en de oogstindex (HI)73, tot wanneer de gesimuleerde gemiddelde opbrengst gelijk wordt aan een vooropgestelde referentie­opbrengst voor dat gewas, worden deze parameters voor elk gewas gecalibreerd. Voor het bossysteem berekent het model een gemiddeld houtvolume per boom op het einde van een twintigjarige simulatieperiode, en door de γ­ en HI­ parameters te wijzigen voor de boomcomponent, kan dit houtvolume gelijkgesteld worden aan een vooropgesteld referentie­houtvolume. De twee vermelde parameters worden met andere woorden voor elke component die men wenst te gebruiken in het te simuleren AF­systeem afgesteld op het reincultuur gedrag van deze component (117). 2.2.1.6 Modellimitaties Er werd getracht het model eenvoudig te houden om de parameterisatie eenvoudig te laten verlopen, snelle simulaties te kunnen uitvoeren en omwille van een kortere leercurve wanneer het model gebruikt wordt door derden (117). Vanwege de simpliciteit wordt het echter moeilijker om een specifieke voorspelling te doen van de realiteit (117). De grote limitatie van het model is dat geen rekening gehouden wordt met heterogeniteit op een perceel. De opgegeven boomdensiteit, in aantal bomen per ha, wordt omgerekend naar aantal bomen per m² waardoor verondersteld wordt 69 Het model is hiervoor afgesteld op de HYPRES­classificatie, waarbij HYPRES staat voor ‘HYdraulic PRoperties of European Soils’. Meer informatie is te vinden in sectie 2.2.2.3, in de verklarende woordenlijst achteraan dit werk en in Wösten et al., 1999 (127). 70 Een twintigjarige periode omdat gewerkt werd met een simulatieperiode van twintig jaar. Zie sectie 2.2.3.3. 71 Monocultuur (zie verklarende woordenlijst) kan zowel toegepast worden in reincultuursystemen als in SAF. Hier betreft het monocultuur in een conventioneel­landbouw­reincultuursysteem. 72 De transpiratiecoëfficiënt is een maat voor de waterbehoefte van de plant. Zie Bijlagen 8 en 9. 73 De oogstindex bepaalt de verhouding tussen de DS­opbrengst en totale bovengrondse DS­biomassa en bepaalt daarmee de verhouding tussen ‘opbrengst’ en ‘bijproduct’. Zie Bijlagen 8 en 9. 49 dat op elke vierkante meter van het terrein een gelijke fractie boom aanwezig is. Er wordt dus geen rekening gehouden met het samenzitten van bladeren in bomenkruinen, en ook de reeds besproken effecten van oriëntaties van bomenrijen, verschillende afstanden tussen de rijen en afstanden tussen bomen in een rij (zie sectie 1.7.1) kunnen niet geëvalueerd worden. Bijgevolg wordt ook de reductie in gewasopbrengst als een gemiddelde berekend zodat geen onderscheid gemaakt wordt tussen de gewasrand of het midden van de gewasoppervlakte. In dit model wordt ook geen rekening gehouden met het opdelen van de wortelzone in twee zones, namelijk een zone met zowel boom­ als gewaswortels en een zone met enkel boomwortels (zie sectie 1.3.2.1), en wordt over het gehele perceel een homogene bodem verondersteld. Uiteindelijk wordt dus enkel een gemiddeld effect van schaduwworp en competitie voor water in rekening gebracht bij het simuleren van groei, gewasopbrengsten en houtvolumes waardoor de resultaten slechts ruwe indicaties zijn voor wat in realiteit zou voorkomen. 2.2.2 Sitebeschrijving Het geheel aan factoren zoals bodem, klimaat, topografie en vegetatie die een bepaald gebied karakteriseren en er de plantengroei beïnvloeden wordt standplaats of groeiplaats genoemd (25). Deze standplaats vormt met andere woorden een collectief geheel van abiotische en biotische factoren die de mogelijke productiecapaciteit van een AF­perceel zullen bepalen (24, 25). Voor deze modellering werden enkel weersomstandigheden en bodemeigenschappen voor een specifieke site in rekening gebracht. 2.2.2.1 Ligging Voor de hiernavolgende simulaties met het Plot­SAFE model werden meteorologische data gebruikt afkomstig van het weerstation op de proefhoeve van de Universiteit Gent te Melle (50°59’ NB, 03°49’OL, 11m boven zeeniveau). Ook de keuze van de bodemparameters gebeurde op basis van een bodembeschrijving van perceel H op die proefhoeve. Figuur 22 toont de ligging van het proefdomein met aanduiding van het uitgekozen perceel H. De proefhoeve kent een totale oppervlakte van bijna zestig hectare (ha), waarbij perceel H een oppervlakte van ca. 2,27 ha inneemt (119). Figuur 22 : Proefhoeve te Melle en situering van perceel H. Ook de ligging van het weerstation is weergegeven. De figuur werd opgesteld met behulp van ‘google earth’. 50 2.2.2.2 Klimaat Op grote schaal kan het klimaat als de belangrijkste groeiplaatsfactor aanzien worden aangezien het de lengte van een groeiseizoen, de temperatuur en de hoeveelheid neerslag bepaalt. België en dus ook Melle behoren volgens de Köppen­Geiger klimaatsclassificatie tot een gematigd maritiem klimaat (24) waarbij de gemiddelde temperatuur van de koudste maand niet lager is dan ­3°C en de gemiddelde temperatuur van de warmste maand tussen de 10 en 18°C gelegen is (138). Er is geen specifieke droge periode en er zijn overwegend zuidwestenwinden. De temperaturen in België kennen een gemiddelde waarde van ca. 17 graden in juli en ca. 2 à 4 graden in januari (136). Normalen berekend voor de periode 1901 tot 2000 beschrijven een gemiddelde jaarlijkse temperatuur van 9.7°C (133). Over een heel jaar valt normaal gezien tussen de 700 en 900mm neerslag. De gemiddelde windsnelheid van 6 à 7 m/s aan de kust neemt af tot 2 à 4 m/s in de valleien van Hoog­België (133). De jongste jaren lijkt zich wel een opwarmende trend in te zetten. De jaren 2006 en 2007 braken opeenvolgend het record van het warmste jaar ooit, met gemiddelde jaartemperaturen van respectievelijk 11,4°C en 11,5°C (133). Gegevens met betrekking tot instraling, gemiddelde luchttemperatuur en neerslag per dag vanaf 1 januari 1990 tot en met 31 december 2009 werden opgenomen in een dataset. Deze data zijn afkomstig van het weerstation op de proefhoeve te Melle (zie Figuur 22) en werden verkregen via het KMI74. De database werd ingevoerd in het model om simulaties te maken voor een simulatieperiode van 2010 tot en met 202975. Met andere woorden gesimuleerde opbrengsten voor 2010 berusten op meteorologische gegevens opgemeten in 1990, gesimuleerde opbrengsten voor 2011 berusten op gegevens van 1991, enz. Figuur 23 toont een klimaatdiagram dat met de gegevens van de dataset werd opgesteld. Figuur 23 : Klimatogram voor Melle voor de periode 1990­2009. Dit werd opgesteld door per jaar voor elke maand de gemiddelde luchttemperatuur en totale maandneerslag te berekenen. Vervolgens werd per maand het gemiddelde berekend van de gemiddelden maandtemperaturen over alle jaren heen, en werd per maand het gemiddelde berekend van de neerslagsommen over alle jaren heen. Neerslagcijfers staan in [mm] en temperaturen zijn uitgedrukt in [°C]. Het gemiddelde van de gemiddelde temperatuurwaarden beschreven onder de grafiek levert een gemiddelde jaartemperatuur van 10.58°C en de som van de gemiddelde neerslagwaarden onder de grafiek levert een gemiddelde totale jaarneerslag van 779.55mm. 74 Met dank aan Mathias Cougnon. Het model levert dus een voorspelling van opbrengsten voor een AF­systeem dat zogezegd werd opgericht op 1 januari 2010. De voorspelling gebeurt op basis van historische meteorologische data (van 1990 tot en met 2009). 75 51 2.2.2.3 Bodem De bodem te Melle wordt op de Vlaamse bodemkaart omschreven als een Ldc­bodem, wat duidt op een matig natte zandleembodem met sterk gevlekte, verbrokkelde textuur B horizont76 (131). Dit bodemtype wordt op de kaart als zeer geschikt voor akkerbouw beschreven (131). De bodem van perceel H op de proefhoeve werd door Moormann en Van Ruymbeke meer specifiek beschreven als bestaande uit vier types bodem, zoals geïllustreerd in Bijlage 11 (119). Parameterwaarden met betrekking tot de bodem (Bijlage 9) werden gehaald uit Wösten et al., 1999 op basis van de HYPRES­classificatie (127). Volgens deze classificatie worden bodems qua textuur onderverdeeld in zeer fijn, fijn, medium­fijn, medium en grof op basis van klei­ en zandfracties in de bodem (127). Op basis van analysegegevens van bodemprofielen van de bodemtypes beschreven door Moormann en Van Ruymbeke (119) kan Bs2 (zie Bijlage 11 voor deze naamgeving), de bovenste 39 cm van het Bs1­profiel en de bovenste 55 cm van het Bs3­profiel als een medium bodem beschouwd worden. Dieper in de Bs1 en Bs3 profielen wordt de bodem volgens HYPRES als grof aangeduid. Aangezien in het model een bodemdiepte van 150 cm ingesteld werd, zou in principe voor Bs1 en Bs3 een onderverdeling gemaakt moeten worden volgens bodemdiepte in een medium­ en een grof­gedeelte. Zoals vermeld wordt de bodem door het model als homogeen beschouwd zodat voor deze vereenvoudigde modellering voor de gehele bodem de parameterwaarden die Wösten et al. koppelen met een medium­bodem gebruikt werden. 2.2.3 2.2.3.1 Ontwerp van een agroforestry­systeem Keuze van de boomsoort Als boomcomponent werd voor populierenklonen (Populus spp.) gekozen. Veredelde77 klonen* werden onder andere gecreëerd om betere eigenschappen te bekomen inzake ziekteresistentie, groeikracht en houttechnologische eigenschappen. Enkele gecommercialiseerde populierencultivars* staan weergegeven in Bijlage 12. Populieren vormen een ijl, transparant scherm en laten redelijk wat licht door (134). Dit lichtdoorlatend vermogen komt ten goede voor gebruik in AF. Populierenklonen kennen een snelle groei zodat een boomrotatie vlug, namelijk in vijftien à vijfentwintig jaar, voltooid kan worden. Door de snelle groei wordt ook vlug een microklimaat gecreëerd. Het strooisel geleverd door deze bomen is van goede tot zeer goede kwaliteit (24). Door zijn grote nutriëntenbehoefte wordt bovendien calcium (Ca) opgepompt en stikstofuitloging gereduceerd (67). Thevathasan en Gordon schrijven dat populierenklonen veel bladbiomassa kunnen produceren en dus ook een redelijk aandeel aan N kunnen aanleveren naar het tussengewas en de bodem via bladval (zie sectie 1.4.2)(113). Een afzetmarkt voor populierenhout is aanwezig, namelijk als fineer, voor gebruik in plaatmaterialen, voor pulp­ en papier en eventueel als zaaghout. In België wordt populierenhout vooral gebruikt voor 76 Ldc verwijst naar een bodembeschrijving uit drie symbolen volgens de Belgische bodemclassificatie. Het bodemtextuursymbool, ‘L’, staat voor zandleem. Het drainagesymbool, ‘d’, staat voor matig nat. Het profielontwikkelingssymbool, ‘c’, staat voor een gevlekte Bt­horizont. Een horizont is een laag in een bodemprofiel met eigen kenmerken. B staat voor een aanrijkingshorizont en subscript ’t’ wijst op accumulatie met klei. 77 Veredeling betreft handelingen en technieken die bijdragen tot genetisch materiaal dat beter voldoet aan de maatschappelijke verwachtingen (24). België speelde reeds een belangrijke rol bij de veredeling van populier. 52 de productie van multiplex, als verpakkingsmateriaal of wordt het verwerkt in de papierindustrie (115, 137). Op 18 februari 2011 verscheen het artikel ‘Belgische houtindustrie kampt met tekort populierenhout’ (137) (zie Bijlage 16), wat de keuze voor populier nog kan versterken. Populieren hebben, zoals reeds aangegeven, ook een groot potentieel in C­sequestratie (81). Cijfers van Peichl et al. toonden aan dat na dertien jaar populieren gemiddeld meer dan twee keer zoveel C gesequestreerd hadden dan fijnsparren (81) (zie sectie 1.4.1). Populier lijkt dus een geschikte boomsoort om te gebruiken in een AF­context. Populieren groeien best op zandleem­ of leembodems met goede vochtvoorziening (121), wat het geval is voor perceel H. Dat populier geen onlogische keuze is valt ook af te leiden uit het feit dat deze bomen reeds vaak gebruikt werden in gematigde SAF­systemen. Ook enkele meer nadelige aspecten dienen echter toegelicht te worden. Populieren vereisen veel zuurstof voor hun wortels en kennen een hoge waterbehoefte (120). Wegens hun snelle groei zijn ze ook veeleisend in nutriënten (120) en bovendien vormen populieren normaal een redelijk oppervlakkig wortelstelsel. Voor gebruik in AF­verband zal het daarom noodzakelijk zijn om de wortels te stimuleren om dieper te gaan wortelen. Populieren kunnen bovendien aangetast worden door een vrij groot aantal organismen. De bekendste problemen in Europa zijn populierenroest (Melampsora larici-populina) en de bladvlekkenziekte (Marssonina brunnea) (134, 140). Ook Taphrina populina (de bobbelziekte) kan vermeld worden, hoewel deze ziekte vaak als minder ernstig beschouwd wordt (120). De zwakteparasiet Discosporium populeum veroorzaakt vaak secundaire infecties na een primaire Melampsora­aantasting. Het ruim plantverband in AF en het gebruik van klonen wordt verondersteld deze aantastingen te reduceren. 2.2.3.2 Keuze van het tussengewas Hoewel de voordelen van een vruchtwisseling niet tot uiting zullen komen in de simulaties (gezien het model enkel licht en water in rekening brengt om biomassaproductie te voorspellen), werd toch gekozen om een vruchtwisselingssysteem uit te werken. Voor deze modellering werd de gewasopvolging vooral afgesteld op de compatibiliteit met de populierenbomen. Er werd rekening gehouden met principes voor een goede vruchtwisseling op basis van de tabel ‘Fruchtfolgewert der Ackerkulturen’ (123) en vuistegels aangehaald in de cursus plantaardige productiesystemen (91). Een gewasrotatie met voornamelijk wintergewassen, namelijk wintertarwe (Triticum aestivum L.) en wintergerst (Hordeum vulgare L.) werd verkozen omdat deze hoofdzakelijk groeien wanneer bomen niet in blad staan. Ook zijn deze beter in staat om boomwortels te stimuleren om dieper te gaan wortelen (29). Voor de uitzaai van wintergranen is de klimatologie de laatste jaren overigens zeer gunstig geweest (142). Zomergranen worden in Vlaanderen bovendien ook minder frequent verbouwd (142). Verder werd gewerkt met zowel monocotyle als dicotyle planten waarbij erwt (Pisum sativum L.) geschikt leek als dicotyl vanwege zijn capaciteit om luchtstikstof te fixeren. Tussengewassen waarbij het blad het economisch product is, zoals spinazie (Spinacia oleraceae L.), zijn het meest geschikt wanneer schaduw een limiterende factor wordt, want schaduw kan leiden tot grotere stengel­wortel verhoudingen. Maïs (Zea mays L.) als C4­plant lijkt geschikt in het begin van de boomrotatie, wanneer nog quasi alle licht het gewas kan bereiken. In AF­context lijkt een combinatie met maïs, gedurende de eerste jaren, overigens geschikt want het gewas kan de jonge bomen beschermen en hen stimuleren om de hoogte in te groeien (29). De overschakeling naar een wintergewas om de wortels te stimuleren dieper te gaan wortelen moet wel op tijd gebeuren (29). Aangezien het een doelstelling van de modellering was om na te gaan hoe gewasopbrengsten en de 53 LER variëren doorheen de tijd, met groter wordende bomen, werd gekozen om eenzelfde gewas regelmatig te laten terugkeren in de tijd. De voornoemde principes werden dus met betrekking tot de tijdsperiode waarin ze optimaal zouden zijn niet volledig vervuld. Tabel 4 geeft de uiteindelijk verkozen rotatie die werd gebruikt in de simulaties weer. De vruchtwisseling gedurende de eerste tien jaren is een realistische gewasrotatie. Voor de eenvoud van de modellering werd gekozen om die rotatie te herhalen vanaf jaar elf. De vruchtwisseling over de gehele twintigjarige periode is hierdoor echter agronomische nonsens. Er moet bijvoorbeeld minstens vijf tot zes jaar tussen twee opeenvolgende erwtenteelten vervat zitten om ziektes en plagen te vermijden. Voor deze modellering waar geen rekening gehouden werd met opbrengstreducerende factoren is dit echter minder belangrijk, en op die manier kan toch een mooie vergelijking van opbrengsten doorheen de tijd gemaakt worden. Spinazie na erwt, maïs na wintergerst en erwt na wintergerst vormden geen optimale afwisselingen omdat de gewasoppervlakte tussenin gedurende een achttal maanden onbedekt achterbleef. Tabel 4 : Gewasrotatie voor het te simuleren AF­systeem. Het jaar duidt op het jaar waarin het desbetreffende gewas geoogst wordt. Wintertarwe en wintergerst worden namelijk reeds gezaaid in het najaar van het jaar ervoor. jaar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 gewas maïs erwt spinazie wintertarwe wintergerst maïs wintertarwe wintergerst erwt spinazie jaar 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 gewas maïs erwt spinazie wintertarwe wintergerst maïs wintertarwe wintergerst erwt spinazie Brandle stelt dat voor optimale condities gewascultivars uitgekozen moeten worden die best geschikt zijn onder de microklimaatsomstandigheden van een AF­systeem (6). 2.2.3.3 Boomrotatie, boomdensiteit, gewasoppervlakte en vooropgesteld beheer Een twintigjarige boomrotatie werd vooropgesteld voor de populierenklonen. Bijgevolg werd gewerkt met een twintigjarige simulatieperiode, lopend van 1 januari 2010 tot en met 31 december 2029. Aangezien het model geen rekening houdt met heterogeniteit op een perceel en dus met de ruimtelijke configuratie van het systeem, kon met betrekking tot het ontwerp enkel een keuze gemaakt worden over de boomdensiteit en de grootte van de tussengewasoppervlakte. Er werd gekozen om de populierenklonen aan te planten78 in een densiteit van 83 bomen per ha, aangezien deze densiteit overeen kan stemmen met verschillende mogelijke AF­boomplantverbanden, 78 Populierenklonen kunnen meteen op eindstamtal aangeplant worden (121). Voor andere boomsoorten in AF­context kan gestart worden met hogere densiteiten (100 of meer bomen per ha), en kunnen via dunningen de betere bomen na verloop van tijd bevoordeeld worden. Een eerste dunning kan bijvoorbeeld gebeuren na 5 à 12 jaar en een tweede na 15 à 20 jaar, afhankelijk van boomsoort en groei­omstandigheden (29). Populieren worden best aangeplant in de herfst (24), maar voor de eenvoud van de modellering werden ze hier aangeplant op twee januari (zie Bijlage 9). 54 bijvoorbeeld 12*10m, 15*8m of 20*6m. Een belangrijke opmerking hierbij is dat in de praktijk echter rekening gehouden moet worden met keerzones op het perceel waarop geen bomen mogen staan om efficiënt manoeuvreren met landbouwmachines toe te laten (29). Stellen we ter voorbeeld een plantverband van 15*8m voorop dan wordt, voor een keerzone van 10, 15 of 20m aan alle zijden van het veld, de effectieve boomdensiteit respectievelijk 66, 45 en 40 bomen per ha (Bijlage 13 geeft een voorbeeld). De densiteit daalt dus met respectievelijk 20.5, 45.8 en 51.8%. Omdat het model echter veronderstelt dat over het gehele veld bomen aanwezig zijn, werd voor de simulaties de vooropgestelde densiteit van 83 bomen per ha behouden. Dupraz en Liagre berekenden op basis van indices dat voor bomen met een voorziene hoogte hoger dan vijfentwintig meter slechts een boomdensiteit van 24 opgesnoeide bomen per ha gehanteerd zou mogen worden om een permanente rendabele productie van een tussengewas toe te laten (29). Wordt een perceel van één ha verondersteld, wordt aangenomen dat aan weerszijden van een bomenrij over een afstand van één meter geen gewas geteeld wordt, worden opnieuw aan alle zijden van het veld een keerzone van tien meter beschouwd, en wordt opnieuw het plantverband 15*8m vooropgesteld zodat zes bomenrijen aanwezig zijn op één ha, dan is de totale gewasoppervlakte van het AF­perceel bijna 90% van de gewasoppervlakte van een reincultuur (in de veronderstelling dat keerzones beteeld worden). Deze waarde kan sterk variëren naargelang plantverband en keerzones, en zoals reeds beschreven (sectie 1.2.1) kan de gewasoppervlakte gewijzigd worden doorheen de tijd. Omdat ook dit laatste niet in rekening gebracht kan worden in de simulaties, werd voor deze modellering een iets lagere waarde namelijk 85% aangenomen. Vervolgens werden nog enkele beheeropties in acht genomen. Populierenbomen kunnen met relatief eenvoudige middelen (stokzaag) opgesnoeid worden tot een takvrije stam van zes meter. Hoger opsnoeien verhoogt de snoeikosten sterk, en meeropbrengsten van het hout kunnen deze kosten vaak niet meer overtreffen (24). Opsnoeien tot op zes meter takvrije stam werd daarom ook vooropgesteld als beheer voor het te simuleren AF­systeem. Het model houdt geen rekening met wortelsnoei en ook niet met eventuele nutriëntenlimitatie, zodat het al of niet invoeren van bemesting de productie niet beïnvloedt. Irrigatie werd niet toegepast (wel zullen actuele en potentiële biomassaproducties vergeleken worden). Dit systeem, beschreven in sectie 2.2.3, samen met de parameterwaarden uit Bijlage 9, vormt het te simuleren SAF­systeem. Met verwijzing naar de besproken classificatie (sectie 1.2) betreft dit een simultaan stabiel SAF­systeem. De boomdensiteit en enkele beheermaatregelen van dit systeem zullen echter gewijzigd worden om vergelijkingen te kunnen maken tussen verschillende ontwerp­ en beheerkeuzes (zie sectie 2.2.7). Het systeem beschreven doorheen 2.2.3, samen met de parameterwaarden uit Bijlage 9, maar zonder specificatie van de boomdensiteit, wordt verder in de tekst als ‘basis­AF­systeem’ of kortweg als ‘basissysteem’ aangeduid. 55 2.2.4 Calibratie 2.2.4.1 Boomcomponent Aanplantingen van populierenklonen gebeuren vaak onder een densiteit van 156 bomen per ha 79 (121), wat overeenstemt met een 8*8m plantverband. Met de ingevoerde parameterwaarden en inputgegevens werd een simulatie voor een populierenaanplanting onder deze densiteit uitgevoerd. Een referentie­houtvolume werd gekozen op basis van opbrengsttabellen* zonder dunning voor Populus x Euramericana (Dode) Guinier cv. Robusta (50 ­> naar Faber en Tiemens, 1975°). Met een aanname van een relatieve boniteit* III werd gecalibreerd naar een spilhoutvolume* van 1.19 m³ per boom of een areïek volume* van 185 m³ per ha voor twintigjarige populieren. De transpiratiecoëfficient80 werd hierdoor ingesteld op 0.00038 m³ water nodig per gram geproduceerde DS­biomassa. De oogstindex81 moest hiervoor op 64% gesteld worden, wat betekent dat 36% van de gesimuleerde bovengrondse DS­houtbiomassa als takhout beschouwd werd. Dit is kleiner dan het aandeel takhout van 45% ten opzichte van de bovengrondse DS­houtbiomassa dat afgeleid kon worden uit een artikel van Peichl et al. (81) voor dertienjarige hybride populieren. Opbrengsttabellen die gebruikt worden in de bosbouw zijn in principe wel niet helemaal geschikt om opbrengsten van bomen in AF te schatten. Zoals beschreven in sectie 1.3.4.1 groeien AF­bomen anders dan bosbomen zodat tabellen specifiek voor AF opgesteld zouden moeten worden (29). 2.2.4.2 Gewascomponent Voor de gewascomponent werden op basis van literatuurgegevens en persoonlijke communicatie de eerste zes kolommen van Tabel 5 opgesteld. Voor wintertarwe, wintergerst en spinazie werden deze waarden, door optimistische oogstindexen voorop te stellen (zie Bijlage 9), in de simulaties van hun monoculturen net gehaald. Gemiddelde actuele monocultuur DS­opbrengsten gesimuleerd door het model gedurende calibratie voor kuilmaïs en erwt haalden deze vooropgestelde waarden echter niet82. De transpiratiecoëfficiënt en/of oogstindex dienden om deze te bereiken te sterk aangepast te worden. Omdat verkozen werd om deze parameters binnen redelijke perken te houden werd daarom uiteindelijk gecalibreerd naar de waarden weergegeven in de laatste kolom van Tabel 5. Tabel 5 : Opbrengsten en DS­opbrengsten van gewassen op basis van literatuur en persoonlijke communicatie. De laatste kolom toont hun gecalibreerde waarden, zijnde gemiddelde actuele DS­gewasopbrengsten over een gesimuleerde twintigjarige monocultuur­ en reincultuurteelt van het betreffende gewas. gewas wintertarwe wintergerst kuilmaïs erwt spinazie biomassa [ton/ha] 17 ­ 22 17 ­ 20 50 ­ 60 11 ­ 13 30 ­ 50 oogstindex opbrengst vochtgehalte [%] [ton/ha] [%] 45 ­ 50 7.65 ­ 11 15 45 ­ 50 7.65 ­ 10 15 90 45 – 54 70 45 ­ 50 5 – 6.5 15 60 18 ­ 30 90 ­ 95 DS­opbrengst [ton/ha] 6.5 ­ 9.35 6.5 – 8.5 13.5 – 16 4 – 5.5 1 – 3 calibratie [ton/ha] 6.63 6.62 13.4(83) 3.06 2.02 79 Aanplant op eindstamtal. Voor populier met productiedoelstelling afrolfineer wordt in Vlaanderen ook vaak een plantverband van 9*9m (123 bomen per ha) toegepast (24). In andere landen worden er soms ook 200bomen per ha aangeplant (29). 80 transpiratiecoëfficiënt = γ (zie bijlagen 8 en 9 en voetnoot 72). 81 Harvest index = HI (zie bijlagen 8 en 9 en voetnoot 73). 82 Het model voorspelt namelijk een sterke reductie in gewasgroei vanwege waterlimitatie. 83 Dit is een lage waarde voor kuilmaïs ! 56 2.2.5 Gevoeligheidsanalyse Via een gevoeligheidsanalyse werd de gevoeligheid van de modeloutput naar parameterwaarden nagegaan. Op die manier kon berekend worden welke parameters de gesimuleerde opbrengsten het meest beïnvloedden. De gevoeligheid werd voor elke parameter berekend als volgt : �� � �� = ���� � ��� � � ���� � ��� � �� � �� (117) met y = de gemiddelde gewasopbrengst in [ton/ha] of het spilhoutvolume per boom [m³/boom] pi = parameterwaarde van parameter i Δ pi = de wijziging in parameterwaarde (­ en +10%) van parameter i De relatieve gevoeligheid, of elasticiteit, werd vervolgens berekend als : ey = �� ��� � �� � (117) met pi en y respectievelijk de normale waarden voor de parameter en opbrengst. 2.2.5.1 Populierenaanplanting Een gevoeligheidsanalyse werd uitgevoerd om na te gaan welke parameters het simuleren van houtvolumes voor een populierenaanplanting het meest beïnvloedden. De analyse werd uitgevoerd door een populierenaanplanting, onder de gewoonlijke densiteit van 156 bomen per ha, te simuleren en het effect van een systematische parameterwijziging van – en + tien percent op het spilhoutvolume per boom voor twintigjarige bomen na te gaan. 2.2.5.2 Landbouwsysteem Eenzelfde werkwijze werd uitgevoerd voor de gewascomponent om na te gaan wat het effect is van wijzigende parameters met betrekking tot de gemiddelde actuele DS­gewasopbrengst van een landbouw­reincultuursysteem. Dit werd uitgevoerd met betrekking tot een monocultuur wintertarwe over een periode van twintig jaar. Een monocultuur werd hier verkozen boven het vooropgestelde vruchtwisselingssysteem aangezien het een quasi onmogelijk werk leek om telkens alle parameters voor alle verschillende gewassen van de gewasrotatie te wijzigen en telkens opnieuw simulaties te laten lopen. 2.2.5.3 Agroforestry­systeem Ook voor het AF­systeem werden deze berekeningen gemaakt. Omwille van de zonet beschreven reden werd opnieuw gewerkt met monocultuur wintertarwe als gewascomponent in plaats van de beschreven vruchtwisseling. Er werd gewerkt met de aangegeven 83 populierenbomen per ha. 2.2.6 Validatie Zoals herhaaldelijk vermeld is een validatie niet mogelijk wegens het gebrek aan langetermijn experimentele data. Graves et al. valideerden hun plot­SAFE simulatieresultaten met experimentele data, voor de reeds aangehaalde Vézénobres en Silsoe SAF­systemen (sectie 1.3.4). Daarbij werd geconcludeerd dat het model in staat is om geloofwaardige beschrijvingen van gemeten landbouw­ en houtoogsten te geven, zowel voor een populierenaanplanting als voor AF­percelen (42). 57 2.2.7 Simulaties en simulatiescenario’s Alle waarden in de tabellen en figuren die in sectie drie (‘resultaten en bespreking’) aan bod zullen komen, zijn het resultaat van simulaties met het Plot­SAFE model. Houtvolumes en gewasopbrengsten voor het basis­AF­systeem werden gesimuleerd, en deze werden gebruikt voor berekening van de LER. Aangezien deze LER berekend werd (zie sectie 2.2.9) door opbrengsten in het AF­systeem te vergelijken met opbrengsten voor een conventionele populierenaanplanting en een conventioneel landbouw­reincultuursysteem (met dezelfde vruchtwisseling als deze die werd verkozen voor het SAF­systeem), moesten ook voor deze systemen simulaties uitgevoerd worden. Omdat het interessant leek de waarden van deze laatste simulaties reeds voor de berekening van de LER te vergelijken met de gesimuleerde opbrengsten voor het basissysteem, werd dit ook zo gedaan. Bovendien werden opbrengsten van het basissysteem voor verschillende boomdensiteiten vergeleken en werd ook een vergelijking gemaakt tussen potentiële en actuele groei. Om alles overzichtelijk te houden werden de gesimuleerde systemen in de grafische voorstellingen en tabellen benoemd als een combinatie van volgende elementen : Niveau 1 : � Simulatie van een populierenaanplanting (bossysteem) � Simulatie van een landbouw­reincultuursysteem (landbouw) � Simulatie van een AF­systeem (agroforestry=boslandbouw) Niveau 2 : � Simulatie voor potentiële groei � Simulatie voor actuele groei Niveau 3 : : : : : : ‘populier’ ‘landbouw’ ‘AF’ ‘potentieel’ ‘actueel’ � Simulatie voor boomdensiteit x : ‘x’ Tot nu toe werd snoei tot op zes meter takvrije stam vooropgesteld zowel voor de bomen in een populierenaanplanting als voor de bomen in AF. Indien geen specifieke vermelding (zie hieronder) aangeduid staat, gebeurt dit dus ook. Aangezien snoei de belangrijkste beheermaatregel is voor de bomen werd wel een vergelijking gemaakt tussen verschillende snoei­opties. Wortelsnoei kon niet gemodelleerd worden. Enkel bovengrondse snoei werd gesimuleerd en er werd een vergelijking gemaakt voor geen snoei, snoei tot op zes meter takvrije stam en snoei tot op twaalf meter takvrije stam. Wanneer het de bedoeling was om snoei­opties te vergelijken, werd niveau vier ingevoerd. Niveau 4 : � Snoei tot op zes meter takvrije stam � Snoei tot op twaalf meter takvrije stam � Geen snoei : (geen vermelding) : ‘snoei 12m’ : ‘geen snoei’ 58 Om een vergelijking te maken met betrekking tot complementariteit voor licht en om enkele aspecten visueel te verduidelijken werden ook enkele simulaties gemaakt voor het basissysteem, maar dan met monocultuur wintertarwe84 of monocultuur kuilmaïs85 als tussengewas in plaats van de beschreven gewasrotatie. Een laatste niveau werd hierdoor ingevoerd. Niveau 5 : � basissysteem met de vooropgestelde vruchtwisseling als tussengewas : (geen vermelding) � basissysteem met monocultuur wintertarwe als tussengewas : ‘monotarwe’ � basissysteem met monocultuur kuilmaïs als tussengewas : ‘monomaïs’ Een legende van bvb. ‘AF actueel 83’ betekent dus een simulatie voor het basis­AF­systeem voor een boomdensiteit van 83 bomen per ha en voor actuele groei, waarbij de populieren opgesnoeid werden tot op zes meter takvrije stam en met de vooropgestelde gewasrotatie als gewascomponent. ‘AF potentieel 83 geen snoei monomaïs’ betekent een simulatie voor potentiële groei voor een AF­ systeem met 83 populieren per ha en monocultuur maïs als gewascomponent, waarbij de populierenbomen niet opgesnoeid werden. 2.2.8 C­ en CO2­sequestratie ��� � ] werd berekend als volgt : Koolstofsequestratie [ �� � Csequestratie = (bovengrondse DS­boombiomassa + DS­boomwortelbiomassa) *0.5 * (80) ������� met � � bovengrondse boombiomassa en boomwortelbiomassa in [ ���� ρ = boomdensiteit [aantal bomen per ha] Er werd met andere woorden aangenomen dat C een aandeel van 50% vormt van de DS­ boombiomassa (37, 38, 80). De DS­biomassa van de boomwortels werd bekomen door de bovengrondse DS­boombiomassa te vermenigvuldigen met een factor 0.25 (RSR : zie Bijlage 9)(48, 80). CO2­sequestratie werd berekend uit de Csequestratie door deze te vermenigvuldigen met een factor 3.67. De molaire massa van C bedraagt namelijk twaalf gram per mol, en deze van CO2 vierenveertig. 2.2.9 Land Equivalency Ratio (LER) De productiviteit van AF­systemen wordt beïnvloed door de efficiëntie van ruimtegebruik, complementariteit en het netto­resultaat van positieve en negatieve interacties tussen de componenten (53). Omwille van efficiënt ruimte­ en hulpbronnengebruik en complementariteit kan de productiviteit van een SAF­systeem de productiviteit van een reincultuur landbouw­ of bossysteem overtreffen (29, 53 117). Jose et al. stellen, rekening houdend met temporele veranderingen, de productie­mogelijkheidscurve van Figuur 24 voor (53). 84 Elk jaar in de simulatieperiode wordt wintertarwe geteeld. Er is dus twintig keer een opbrengst van wintertarwe. In de praktijk is dit agronomisch niet relevant. 85 Elk jaar in de simulatieperiode wordt kuilmaïs geteeld. Er is dus twintig keer een opbrengst van kuilmaïs. 59 Figuur 24 : Hypothetische weergave van complementariteit in hulpbronnen­gebruik. De punten A1 en B1 stellen de productie voor onder reinculturen. De lijn van A1 naar B1 stelt de totale opbrengst van een combinatie van soort A en B voor neutrale interacties. De stippellijnen duiden op de mogelijk hogere opbrengst omwille van synergistische interacties en/of complementariteit bij een geschikte menging. Competitie kan echter intensifiëren in tijd en resulteren in een lagere totale opbrengst na verloop van tijd. Een geschikt beheer kan echter de totale opbrengst soms weer opkrikken (53). Bron : (53 ­> Wojtkowskie 1998°). Een AF­perceel levert verschillende producten en dit met verschillende rotatieleeftijden. Meestal wordt jaarlijks een gewasopbrengst bekomen, terwijl de bomen pas na enkele jaren vruchten beginnen te dragen en/of waardevol hout opleveren. De productiviteit van een AF­systeem moet zowel vergeleken worden met gewas­reinculturen en met boomaaplantingen, en de vergelijking moet gebeuren over eenzelfde oppervlakte en tijdsperiode. De productiviteit van een AF­perceel varieert met de tijd, omdat verschillende gewassen elkaar opvolgen, maar ook omdat interacties tussen bomen en gewassen significanter tot uiting zullen komen wanneer de bomen groter worden. Reheul beschrijft drie criteria van ‘productiever’ (91) ; ­ Een menggewas moet een volledige opbrengst geven voor een bepaald hoofdgewas en een aanvullende opbrengst van een tweede gewas. ­ De totale opbrengst van het menggewas moet hoger zijn dan de opbrengst in reinteelt van het componentgewas met de hoogste opbrengst in reinteelt. ­ De totale opbrengst van het menggewas moet hoger zijn dan de gecombineerde opbrengst van de twee gewassen in reinteelt. Om de productiviteit van een AF­systeem met een conventioneel landbouw­ of boomaanplantingssysteem te vergelijken werd het derde criterium gehanteerd. Om de eventuele voordelen van SAF betreffende productiviteit na te gaan kan hiervoor de ‘Land Equivalency Ratio’ (LER) berekend worden (141). Deze ratio vergelijkt opbrengsten van de mengteelt met opbrengsten van dezelfde plantensoorten onder reinteelt over dezelfde oppervlakte (141). De LER is op die manier ook een verhouding van landoppervlakten, nl. de oppervlakte die nodig is onder reinculturen om een zelfde opbrengst te leveren als een oppervlakte SAF, onder dezelfde beheeromstandigheden (91). 60 Gedurende dit werk werd de LER op drie verschillende manieren berekend. 1. Over de gehele boomrotatie kan een LER berekend worden op basis van het gemiddelde van de relatieve gewasopbrengsten86 (het gemiddelde van alle relatieve opbrengsten over de gehele simulatieperiode) en de ratio van de gecumuleerde houtvolumes op het einde van de simulatieperiode (117) : LERrotatie = gemiddelde ( ����������� �������������� �� ���� � )+ ����������� �������������� �� ���� � ����������� ���������� ���������� ����� ��������������� 2. De LER voor een SAF­systeem wordt berekend voor elk jaar i in de boomrotatie, waarbij gewerkt wordt met de relatieve gewasopbrengst in jaar i en de gecumuleerde houtvolumes tot en met jaar i (117) LERjaarlijks = ����������� �������������� �� ���� � ����������� �������������� �� ���� � + ����������� ���������� ��� �� ��� ���� � ���������� ����� ��������������� ��� �� ��� ���� � 3. Een LER berekend op basis van cumulatieve gewas­ en houtopbrengsten voor elk jaar i in de boomrotatie (29). LERcumulatief = ����������� ����������� �������������� ��� �� ��� ���� � ����������� ����������� �������������� ��� �� ��� ���� � + ����������� ���������� ��� �� ��� ���� � ���������� ��������������� ��� �� ��� ���� � Een LER met waarde één duidt aan dat de opbrengst van een AF­syteem evenwaardig is aan dit van een reincultuur systeem. Er is met andere woorden geen productief voordeel of nadeel van het mengen van de soorten (90). Een waarde van 1.1 betekent dat 10% meer land nodig zou zijn om via reincultuursystemen eenzelfde totale opbrengst te kunnen bereiken als bij een mengteelt (29). Deze LER houden geen rekening met niet­marktbare ecosysteemdiensten en ­processen die AF ondersteunt (105). Natuurlijk is ook het economisch aspect belangrijk. Om hier een vergelijking te maken tussen een AF­ systeem en een boomaanplanting kan gebruik gemaakt worden van de economisch equivalente oppervlakte, namelijk de oppervlakte nodig onder reinculturen om evenveel inkomsten te verwerven als een ha AF (29). Om een vergelijking te maken tussen AF en conventionele landbouw kan gewerkt worden met de netto actuele waarde (29). Zoals vermeld valt dit echter buiten het bereik van deze scriptie. Wel kan nog vermeld worden dat beheerders gedurende de initiële jaren van een AF­ systeem waarschijnlijk niet geïnteresseerd zullen zijn om de LER te maximaliseren, maar om hun gewasproductie te maximaliseren zonder de groeisnelheid van bomen significant te reduceren (116). In een kortstondig systeem daarentegen is de groeisnelheid van de bomen primordiaal, terwijl de gewasopbrengst bijkomstig is en niet de hoofdinteresse vormt (116). 86 Relatieve gewasopbrengsten werden berekend door voor elk gewas de opbrengst onder SAF te delen door opbrengst van hetzelfde gewas onder reincultuur. De bekomen waarden (x) duiden bijgevolg aan dat de opbrengst van het gewas in SAF 100*x percent is van de opbrengst van hetzelfde gewas onder een landbouw­ reincultuursysteem . Gezien de relatieve opbrengsten fracties zijn is er geen eenheid voor deze cijfers : ‘[/]’. 61 2.2.10 Stikstofuitloging Er werd getracht het effect van de beschreven veiligheidsnet­hypothese (sectie 1.3.2.1.3) aan te tonen met behulp van het model. Hiervoor moesten echter enkele grote veronderstellingen gebeuren, waardoor dit slechts een zeer ruwe benadering vormt. Een formule uit Palma et al. (80 ­> Feldwisch°) werd gebruikt om stikstofuitloging te simuleren, en om de berekeningen te vereenvoudigen moest aangenomen worden dat alle gewassen uit de vruchtwisseling eenzelfde stikstofinhoud hebben, dat elk gewas slechts N opneemt gedurende het jaar van zijn oogst en dat er elk jaar slechts één maal bemest wordt. De precieze cijfers van de resultaten zijn daarom weinig relevant, maar de cijfers zelf zijn hier minder van belang, het is de vergelijking van stikstofuitloging tussen een reincultuur­landbouwsysteem en AF­systeem die de doelstelling vormt. Aan de hand van gesimuleerde jaarlijkse gewasopbrengsten en jaarlijkse houtproductie in een systeem werd de stikstofinhoud en jaarlijkse stikstofopname van de componenten berekend. Vervolgens werd een N­balans, als verschil tussen N­input en N­output, opgesteld. N­input werd berekend op basis van N­applicatie, N­depositie, N die overblijft na oogst van een gewas en eventuele stikstoffixatie door een van de componenten in het systeem. Voor de N­applicatie werd een ideale bemesting toegepast, waarmee bedoeld wordt dat exact de hoeveelheid N toegediend wordt die het aanwezige gewas nodig heeft. N­output werd berekend op basis van stikstofopname door de componenten in een systeem, volatilisatie van een fractie van de N­applicatie en met een constante waarde voor denitrificatie. N­uitloging werd vervolgens berekend op basis van de stikstofbalans en via een bodem­water­uitwisselingsfactor. De vergelijkingen die gebruikt werden staan weergegeven in Bijlage 14, de gebruikte parameterwaarden staan in Bijlage 15. Mineralisatie en N­immobilisatie werden niet in rekening gebracht. Op lange termijn, en wanneer een regelmatige vruchtwisseling gevolgd wordt, kan gesteld worden dat een evenwicht bereikt wordt tussen deze componenten (80). Stikstofvrijstelling via strooiselval van de bomen werd ook niet in rekening gebracht, maar dit werd deels gecompenseerd door bij de stikstofopname van de boom enkel de spilhoutbiomassa in rekening te brengen. Ook stikstofvrijstelling door de boomwortels werd niet in rekening gebracht. Dit werd gecompenseerd door N­opname bestemd voor de boomwortels niet in rekening te brengen. Enkel het N­gehalte in de bovengrondse spilhoutbiomassa’s werd dus als N­ opname voor de boomcomponent ingerekend. 62 2.3 Resultaten en bespreking 2.3.1 Gevoeligheidsanalyse 2.3.1.1 Populierenaanplanting Parameters87 met het grootste relatief effect op het spilhoutvolume per boom zijn εb, N0 en DOYbladval. Deze kennen positieve gevoeligheden zodat grotere waarden voor deze parameters leiden tot grotere houtvolumes per boom.De grootste negatieve elasticteit wordt bekomen voor DOYontluiken. Dit is logisch, want een kortere groeiperiode leidt tot minder biomassaproductie. De gecalibreerde parameter γb lijkt met betrekking tot houtproductie relatief weinig invloed te hebben. De gevoeligheid met betrekking tot γ en pFc zou wel geëvalueerd moeten worden doorheen de tijd, de gevoeligheid is wellicht hoger tijdens de latere jaren in het systeem, in vergelijking met de beginjaren. Tabel 6 : Gevoeligheid en elasticiteit voor een populierenaanplanting (156 bomen per ha). Parameters en hun normale waarden zijn te vinden in Bijlage 9. Het effect van het systematisch wijzigen van een parameter met – en + 10% op het spilhoutvolume per boom wordt weergegeven, alsook de gevoeligheid en elasticiteit per parameter. Pi staat voor de normale parameterwaarde, e staat voor elasticiteit. 2.3.1.2 Landbouwsysteem Voor een monocultuur wintertarwe hebben de oogstindex en temperatuursom waarbij oogst gebeurt het grootste positieve relatieve effect. De grootste negatieve elasticiteit wordt bekomen voor het gecalibreerde γg. Een grotere wateropname van het gewas leidt namelijk tot een hogere pF van de bodem, waardoor de kritische pF vlugger overstegen wordt en groeireductie optreedt. 87 Parameterwaarden en uitleg van de parameters zijn te vinden in Bijlage 9. 63 Tabel 7 : Gevoeligheid en elasticiteit voor een landbouwsysteem. Parameters en hun normale waarden zijn te vinden in Bijlage 9. Het effect van het systematisch wijzigen van een parameter met – en + 10% op het de gemiddelde DS­gewasopbrengst over een twintigjarige periode wordt weergegeven, alsook de gevoeligheid en elasticiteit per parameter. pi staat voor de normale parameterwaarde, e staat voor elasticiteit. 2.3.1.3 Agroforestry­systeem Voor het basis­AF­systeem met boomdensiteit 83 bomen per ha worden de grootste elasticiteiten bekomen voor de boomcomponent voor pFc, εb en N0. Voor wintertarwe zijn dit de oogstindex, γg en εg. Het wijzigen van parameters gekoppeld met de bomen op die wijze dat de boomgroei bevorderd wordt, leidt meestal tot een lagere gemiddelde gewasopbrengst. Dit kan verklaard worden door meer schaduwworp en/of een grotere competitie voor water. Ook het omgekeerde, namelijk het bevorderen van gewasgroei leidt meestal tot lagere houtvolumes, door een grotere competitie voor water. Voor γb en γg zijn de elasticiteiten voor beide componenten negatief. Het verhogen van de waterbehoefte van één component leidt tot een grotere totale waterbehoefte en bijgevolg een hogere pF waardoor de kritische pF voor beide componenten vlugger overschreven wordt, leidend tot een daling in opbrengst van beide componenten. Dit duidt aan dat de interactie voor water een competitie­interactie (zie sectie 1.3) is. 64 Tabel 8 : Gevoeligheid en elasticiteit voor het SAF­systeem. Parameters en hun normale waarden zijn te vinden in Bijlage 9. Het effect van het systematisch wijzigen van een parameter met ­ en + 10% op het de gemiddelde DS­gewasopbrengst over een twintigjarige periode en op het spilhoutvolume per boom worden weergegeven, alsook de gevoeligheid en elasticiteit per parameter. pi staat voor de normale parameterwaarde, e staat voor elasticiteit. Gewasopbrengsten zijn uitgedrukt in ton per ha, spilhoutvolumes in m³ per boom. DS­opbrengst 2.3.2 2.3.2.1 Simulatie van het opgestelde agroforestry­systeem Complementariteit voor licht Figuur 25 toont de periodes van gewasontwikkeling en bladontwikkeling van de bomen voor het basis­AF­systeem, met de vooropgestelde vruchtwisseling, voor de eerste vijf jaren van de simulatieperiode. De groeiperiode van maïs, als zomergewas in jaar één, overlapt sterk met de periode van de bladontwikkeling van de populierenklonen. Erwt (jaar 2) en Spinazie (jaar 3) kennen een korte groeiperiode die echter volledig binnen de periode van bladontwikkeling van de bomen valt. Voor wintertarwe en wintergerst is er gedeeltelijke complementariteit met betrekking tot licht. Meer dan de helft van de groeiperiode van deze gewassen verloopt vooraleer de periode van bladontwikkeling van de bomen start. Gedurende jaar vier en vijf wordt de hulpbron licht sterk benut aangezien er quasi voortdurend een lichtintercepterende component aanwezig is in het systeem. 65 Figuur 25 : Gewasontwikkeling en bladontwikkeling van de bomen gedurende de eerste vijf jaren van de simulatieperiode. Een waarde van 0 betekent dat er geen gewasontwikkeling is of dat de bomen niet in blad staan, het omgekeerde geldt voor waarde 1. Gedurende deze vijf jaren is er een gewasopvolging van maïs, erwt, spinazie, wintertarwe en wintergerst. De vergelijkingen en parameterwaarden die gebruikt werden om deze figuur op te stellen bevinden zich in Bijlagen 8 en 9. Een vergelijking kan gemaakt worden met Figuur 26 die gewas­ en bladontwikkeling weergeeft voor populieren in combinatie met monocultuur wintertarwe (links), waar meer complementariteit zich zal voordoen, en populier in combinatie met monocultuur kuilmaïs (rechts), waar complementariteit voor licht afwezig is. Schaduwworp door de bomen zal daarom een grotere rol spelen bij de monocultuur kuilmaïs dan bij de monocultuur wintertarwe (zie verder in sectie 2.3.2.3). Figuur 26 : Gewasontwikkeling en bladontwikkeling van de bomen gedurende de eerste vijf jaren van een simulatieperiode voor een AF­systeem waarbij 83 populieren per ha gecombineerd worden met monocultuur wintertarwe (links) en monocultuur kuilmaïs (rechts). Een waarde van 0 betekent dat er geen gewasontwikkeling is of dat de bomen niet in blad staan, het omgekeerde geldt voor waarde 1. 2.3.2.2 Houtvolumes 2.3.2.2.1 Actuele groei De simulatie voor het basissysteem met een boomdensiteit van 83 bomen per ha levert een spilhoutvolume van 1.43 m³ per boom na twintig jaar. Figuur 27 toont aan dat het spilhoutvolume per boom na twintig jaar groter is voor bomen in het AF­systeem (volle lijn) in vergelijking met bomen in een conventionele populierenaanplanting met een boomdensiteit van 156 bomen per ha (stippellijn). De bomen in AF hebben namelijk meer ruimte en licht ter beschikking vanwege de 66 lagere boomdensiteit88. De streepjeslijn betreft een populierenaanplanting met eenzelfde boomdensiteit als het AF­systeem. Het houtvolume van deze bomen is groter, wat betekent dat het model een grotere reductie in boomgroei veronderstelt in AF vanwege meer competitie voor water. Figuur 27 : Spilhoutvolumes per boom voor bomen in SAF (volle lijn) en voor bomen in populieren­ aanplantingen (onderbroken lijnen), voor actuele groei. De bomen werden opgesnoeid tot op een takvrije stam van zes meter. 2.3.2.2.2 Vergelijking van actuele met potentiële groei De simulatie van het basissysteem voor potentiële groei met een boomdensiteit van 83 bomen per ha levert een spilhoutvolume van 1.67 m³ per boom na twintig jaar. Aangezien dit hoger is dan de waarde bij actuele groei heeft competitie voor water dus effectief een invloed gehad op het geproduceerd houtvolume per boom bij de simulatie van ‘AF actueel 83’. Het spilhoutvolume bij potentiële groei van bomen in een populierenaanplanting onder dezelfde boomdensiteit is ook 1.67 m³ per boom, aangezien het model veronderstelt dat het enige effect van het tussengewas op de bomen de competitie voor water omvat, welke hier net geëlimineerd werd. Omwille van die reden staat ook slechts telkens één waarde voor potentiële groei weergegeven in de Figuren 28 en 29, die potentiële en actuele groei vergelijken voor het basissysteem onder verschillende boomdensiteiten. Uit Figuur 28 valt af te leiden dat grotere boomdensiteiten telkens leiden tot kleinere houtvolumes per boom (vanwege minder ruimte per boom en meer competitie voor licht). Figuur 29 toont totale houtvolumes (spilhout + takhout) per ha voor dezelfde simulaties, en toont aan dat totale houtvolumes stijgen met grotere boomdensiteiten. 88 In praktijk zal er een plantverband bestaan dat zodanig ruim is zodat bomen elkaar niet meer beïnvloeden voor licht of ruimte. De berekeningsmethode in het Plot­SAFE model lijkt echter bij het verlagen van de boomdensiteit altijd te resulteren in een beter boomgroei. 67 Figuur 28 : Spilhoutvolume per boom voor twintigjarige populierenklonen in het basis­AF­systeem of voor bomen in bosverband, voor verschillende boomdensiteiten, en met onderscheid tussen potentiële en actuele groei. Figuur 29 : Totale houtvolumes per ha voor bomen in het basis­AF­systeem en bosbomen, voor verschillende boomdensiteiten, en met onderscheid tussen potentiële en actuele groei. Totale houtvolumes omvatten zowel spil­ en takhout. 2.3.2.3 Gewasopbrengsten 2.3.2.3.1 Actuele opbrengsten Figuur 30 toont de gesimuleerde DS­gewasopbrengsten voor het basissysteem met een boomdensiteit van 83 bomen per ha. Per jaar werden opbrengsten voor een reincultuur landbouwsysteem (met de vooropgestelde gewasrotatie) en opbrengsten in het basis­AF­systeem op een lijn uitgezet. Initieel zijn de opbrengsten quasi gelijk, maar na verloop van tijd worden de AF­ gewasopbrengsten duidelijk kleiner dan de reincultuur­opbrengsten. Een kleinere gewasoppervlakte, schaduwworp en meer competitie voor water zijn de oorzaken. 68 Figuur 30 : DS­gewasopbrengsten per jaar over de twintigjarige simulatieperiode. Ruiten geven de opbrengsten van een reincultuur­landbouwsysteem (‘landbouw actueel’). Vierkanten geven de gesimuleerde opbrengst voor eenzelfde vruchtwisseling in AF­verband met een boomdensiteit van 83 populieren per ha (‘AF actueel 83’). De gewasopvolging staat weergegeven in Tabel 4. Het verloop van dalende gewasopbrengsten is visueel duidelijker voor monoculturen, zoals weergegeven in Figuur 31. Figuur 31 : Verloop van actuele DS­gewasopbrengsten voor monocultuur wintertarwe (links) en monocultuur kuilmaïs (rechts), in combinatie met populierenklonen onder een densiteit van 83 bomen per ha, voor een twintigjarige simulatieperiode. Relatieve gewasopbrengsten voor de drie systemen staan in Tabel 9. De opbrengst van maïs in het basis­AF­systeem is bijvoorbeeld 94% van de opbrengst van maïs in reincultuur in jaar één, maar daalt tot slechts 48% in jaar zestien. Gezien het ontbreken van complementariteit voor licht bij het monocultuur maïs­populieren­systeem kunnen grotere reducties in gewasopbrengst verwacht worden vanwege schaduwworp in vgl. met het monocultuur wintertarwe­populieren­systeem. Echter mag niet vergeten worden dat maïs efficiënter is in termen van wateropname. Competitie voor water zal verschillend zijn in beide systemen, ook vooral wanneer het tijdsaspect van wateropname in rekening wordt gebracht. De relatieve gewasopbrengsten blijken hier wel effectief kleiner te zijn voor het AF­systeem met monocultuur maïs in vgl. met het AF­systeem met 69 monocultuur wintertarwe. Iets verder werd dezelfde tabel opgesteld voor potentiële DS­opbrengsten (Tabel 10) die bevestigd dat schaduw een grotere rol speelde bij AF met monocultuur maïs. Tabel 9 : Vergelijking tussen actuele DS­gewasopbrengsten voor een reincultuur en het basis­AF­systeem. Het tweede deel van de tabel bevat relatieve gewasopbrengsten voor drie verschillende AF­systemen. Alle AF­ systemen werden gesimuleerd voor een boomdensiteit van 83 bomen per ha en bomen opgesnoeid tot op zes meter takvrije stam. De DS­gewasopbrengsten voor monomaïs en monotarwe staan niet weergegeven. DS­gewasopbrengsten [ton/ha] simulatiejaar Actueel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 reincultuur basis­AF­systeem 10,41 2,13 1,66 6,33 6,65 12,14 5,04 6,94 3,14 2,15 15,46 2,56 1,94 5,87 6,35 16,34 6,70 5,82 3,41 2,44 9,75 1,81 1,41 5,95 6,13 10,99 4,75 6,37 2,60 1,65 12,35 1,77 1,24 4,39 4,05 7,79 3,93 3,55 0,88 0,35 Relatieve gewasopbrengsten [/] AF actueel AF actueel basis­AF­systeem monomaïs monotarwe 0,94 0,85 0,85 0,94 0,92 0,90 0,94 0,92 0,83 0,77 0,80 0,69 0,64 0,75 0,64 0,48 0,59 0,61 0,26 0,14 0,94 0,92 0,91 0,93 0,91 0,90 0,89 0,88 0,85 0,80 0,79 0,70 0,64 0,50 0,45 0,45 0,41 0,39 0,16 0,11 0,95 0,95 0,93 0,94 0,93 0,92 0,92 0,93 0,89 0,87 0,85 0,81 0,81 0,77 0,66 0,66 0,59 0,62 0,55 0,50 Wat opvalt is dat gedurende de eerste jaren de relatieve gewasopbrengsten hoger zijn dan de verwachte waarde van 0.85. Gedurende de eerste jaren oefent schaduw door de bomen nog geen significante invloed uit en aangezien de bomen ook nog maar weinig water opnemen, werd enkel de kleinere gewasoppervlakte in het AF­systeem verondersteld de gewasopbrengsten te verlagen. Aangezien de gewasoppervlakte in het AF­systeem op 85% van de gewasoppervlakte van een reincultuur werd gesteld, werd dan ook deze waarde verwacht als relatieve gewasopbrengst. De reden voor de hogere relatieve waarden ligt in de kleinere totale wateropname van het gewas in AF in vgl. met het reincultuursysteem, net omwille van die kleinere gewasoppervlakte. Gedurende de eerste jaren is omwille van het gewasoppervlakte­verschil de totale wateropname in de AF­systemen kleiner dan in de reincultuursystemen. Een kleinere totale wateropname leidt tot lagere pF­ waarden89, bijgevolg een minder vlugge overschrijding van de kritische pF­waarde89 en dus tot minder reductie in gewasgroei. Het model berekent namelijk actuele groei uit potentiële groei door 89 De pF kan aanzien worden als een maat die de beschikbaarheid aan bodemwater beschrijft. de pF­waarde wordt door het model per dag berekend op basis van het bodemvochtgehalte. Bij een pF hoger dan 2.9 wordt gewasgroei gereduceerd. Bij een pF hoger dan 4.2 treedt helemaal geen gewasgroei meer op. Zie Bijlage 8. 70 waarden van potentiële groei te vermenigvuldigen met een proportiefactor (tussen 0 en 1)90 wanneer de pF de kritische pF voor het gewas (pFc) overschrijdt (vergelijkingen zie Bijlage 8). Om dit na te gaan werd zowel voor het basis­AF­systeem als voor het reincultuursysteem (met dezelfde gewasrotatie) nagegaan hoe groot die proportiefactor was gedurende de gehele simulatieperiode, en werd vervolgens voor elke dag het verschil berekent van de factor bij het reincultuursysteem met de factor voor het AF­systeem. Figuur 32 (links) toont het resultaat. Gedurende de eerste jaren is het verschil negatief. Dit betekent dat de proportiefactor kleiner is in het reincultuursysteem, en er bijgevolg een grotere reductie is in gewasgroei vanwege waterlimitatie in vgl. met het basis­AF­ systeem. Vanaf ongeveer jaar negen is het verschil vooral positief, wat dan weer betekent dat de groei van de gewassen in het AF­systeem meer gelimiteerd wordt dan de groei van de gewassen in het reincultuursysteem. Het verloop van het verschil in pF bij het reincultuursysteem met de pF van het AF­systeem staat eveneens weergegeven in Figuur 32 (rechts). Dit toont dat de pF initieel hoger is in het reincultuursysteem, maar vanaf jaar negen vooral lager is in vgl. met de pF voor het basis­AF­ systeem. Dit verloop is tegengesteld met het verloop van de proportiefactor. Figuur 32 : Grafische voorstelling voor de reden waarom actuele relatieve gewasopbrengsten groter zijn dan 0.85 gedurende de eerste jaren. Links : het verschil tussen de factor die actuele uit potentiële groei berekend in het reincultuur­landbouwsysteem en dezelfde factor voor het basis­AF­systeem, voor elke dag in de simulatieperiode. De proportiefactoren werden uitgedrukt in percenten. Rechts : het verschil in pF­waarde van het reincultuur en de pF­waarde voor het basis­AF­systeem. Het verschil werd dus tweemaal berekend als reincultuur ­ SAF. Het verloop van die pF wordt verklaard via het bodemvochtgehalte en dus door de waterinput en ­ output van de bodem. De input is enkel de neerslag, de output wordt bepaald door wateropname door de bomen, wateropname door de gewassen, bodemevaporatie en stroming naar het grondwater (zie Bijlage 8). Het verschil tussen het basis­AF­systeem en het reincultuursysteem is moeilijk aan te tonen, aangezien bij de berekening van actuele evaporatie verondersteld wordt dat er geen plantencomponent aanwezig is tussen de bomen. Hierdoor is evaporatie initieel groter in AF wegens de grotere niet­bedekte oppervlakte. Door de grotere instralingsinterceptie door de bomen wordt evaporatie na verloop van tijd wel lager dan in het reincultuursysteem. Ook stroming naar grondwater gebeurt op verschillende tijdstippen voor beide systemen. Figuur 33 (links) toont het verloop van het verschil berekend voor enkele aspecten die leiden tot waterverlies uit de bodem. Het verschil werd opnieuw berekend door de waarden voor het basis­AF­systeem af te trekken van de waarden voor het reincultuursysteem. Waarden voor wateropname door het tussengewas zijn altijd 90 Deze factor wordt berekend op basis van de pF en de ingestelde kritische pF (zie Bijlage 8). Een reductiefactor x betekent dat de actuele groei 100*x percent is van de potentiële groei. 71 positief, en dus altijd hoger in het reincultuursysteem. Waarden voor wateropname door bomen zijn logischerwijs negatief, want er zijn geen bomen aanwezig in het reincultuursysteem. Evaporatie is initieel hoger in AF, maar vanaf jaar twaalf lager. Grondwaterstroming werd niet voorgesteld om de figuur overzichtelijk te houden. De grafiek rechts in Figuur 32 toont het verloop van het verschil van de cumulatieve totale wateropname uit de bodem voor beide systemen per dag in de simulatieperiode. Ook dit is eerst vooral positief en vervolgens vooral negatief, duidend op een grotere totaal waterverlies voor het AF­systeem in vgl. met het reincultuursysteem na verloop van tijd. Figuur 33 : Verschil van enkele waarden tussen een reincultuursysteem en het SAF­basis­systeem. Links : het verschil voor wateropname van het gewas, wateropname van de bomen en het verschil voor waterverlies door evaporatie. Rechts : het verschil in cumulatief totaal waterverlies uit de bodem. (tweemaal reincultuur ­ SAF). 2.3.2.3.2 Vergelijking tussen actuele en potentiële gewasopbrengsten Tabel 10 geeft potentiële gewasopbrengsten voor het basis­AF­systeem (met 83 bomen per ha) in vgl. met opbrengsten voor het landbouw­reincultuursysteem. Deze opbrengsten zijn duidelijk hoger dan deze in Tabel 8, zodat waterlimitatie duidelijk een rol speelt zowel in het reincultuursysteem als in het basis­AF­systeem. Wanneer geen competitie voor water in rekening gebracht werd zijn relatieve gewasopbrengsten initieel wel gelijk aan 0.85. Vanaf jaar zes dalen de relatieve opbrengsten tot onder 0.85. Enkel schaduw is hiervan de oorzaak. Zoals reeds werd gesuggereerd heeft schaduw een grotere invloed voor de monocultuur maïs in AF­context dan voor de monocultuur wintertarwe. 72 Tabel 10 : Vergelijking tussen potentiële DS­gewasopbrengsten voor een reincultuur en het basis­AF­systeem. Het tweede deel van de tabel bevat relatieve gewasopbrengsten voor drie verschillende AF­systemen. Alle AF­ systemen werden gesimuleerd voor een boomdensiteit van 83 bomen per ha, en bomen opgesnoeid tot op zes meter takvrije stam. De DS­gewasopbrengsten voor monomaïs en monotarwe staan niet weergegeven. DS­gewasopbrengsten [ton/ha] simulatiejaar Potentieel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 reincultuur basis­AF­systeem 23,52 2,14 1,66 13,50 13,12 24,60 15,77 13,06 3,51 2,34 23,24 4,07 1,96 15,10 13,81 27,48 13,88 8,98 4,05 2,52 19,98 1,82 1,41 11,45 11,11 20,70 13,25 10,88 2,79 1,83 17,92 2,91 1,35 11,34 9,60 15,94 8,48 5,72 1,33 0,74 relatieve gewasopbrengsten [/] AF AF basis­AF­systeem potentieel potentieel monomaïs monotarwe 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,84 0,84 0,84 0,84 0,83 0,84 0,83 0,82 0,83 0,79 0,81 0,82 0,78 0,80 0,81 0,77 0,77 0,80 0,71 0,75 0,78 0,69 0,72 0,77 0,75 0,68 0,75 0,70 0,63 0,70 0,58 0,58 0,67 0,61 0,52 0,61 0,64 0,46 0,63 0,33 0,42 0,57 0,29 0,38 0,52 Figuur 34 toont dat de hoeveelheid instraling beschikbaar voor het tussengewas (grijs) vanaf jaar zeven lager is in vgl. met wat gewassen in reincultuur­verband ontvangen (zwart). Voor deze korte periode en voor het gering aantal bomen werd quasi geen verschil bemerkt tussen beschikbare instraling voor het gewas (grijs) bij actuele of potentiële groei. Nochtans kan bij actuele groei vanwege competitie voor water de boomgroei en daarmee ook de hoeveelheid schaduwworp gereduceerd worden. Figuur 34: Beschikbare instraling voor reincultuurgewassen (zwart) en voor gewassen in het basis­AF­systeem (grijs). 73 Figuur 35 stelt de vergelijking tussen potentiële en actuele DS­gewasopbrengstgegevens voor het basis­AF­systeem en het reincultuursysteem grafisch voor. Voor erwt en spinazie was de reductie in gewasgroei door waterlimitatie zeer gering of afwezig. Kuilmaïs, wintertarwe en wintergerst werden daarentegen sterk gelimiteerd. Figuur 35 : Gesimuleerde DS­gewasopbrengsten voor 2010­2029 waarbij een vergelijking gemaakt wordt tussen actuele en potentiële opbrengsten en tussen opbrengsten in het AF­basis­systeem en een conventioneel reincultuursysteem (met dezelfde gewasrotatie). Figuur 36 geeft het verloop van de gemiddelde gewasopbrengst (van alle twintig de opbrengsten in de simulatieperiode) voor verschillende boomdensiteiten. Opnieuw is de opbrengst duidelijk lager wanneer competitie voor water in rekening gebracht wordt. De potentiële gemiddelde opbrengst daalt echter ook naar grotere boomdensiteiten, wat het effect van grotere schaduwworp aantoont. Figuur 36 : Gemiddelde DS­gewasopbrengst met een dalend verloop bij hogere boomdensiteiten. 74 2.3.3 C­ en CO2­sequestratie Volgens de simulatie van het basissysteem zouden de 83 populierenbomen na twintig jaar 44 ton C per ha of 161 ton CO2 per ha gesequestreerd hebben. Na dertien jaar (op 31 december 2023) simuleert het model een C­sequestratie van 10.49 ton C per ha of ca. 126 kg C per boom. Dit wijkt niet ver af van de 137.4 kg C per boom91 opgemeten door Peichl et al. voor dertienjarige hybride populieren in een densiteit van 111 bomen per ha te Canada (81). Figuur 37 : Gesimuleerde cumulatieve C­ en CO2­sequestratie door populierenklonen doorheen de simulatieperiode. De boomdensiteit was 83 bomen per ha en bomen werden opgesnoeid tot op zes meter takvrije stam. 2.3.4 LER De LER werd berekend volgens de drie beschreven methodes. Jaarlijkse DS­gewasopbrengsten gesimuleerd voor het basissysteem werden vergeleken met gesimuleerde reincultuur­DS­ opbrengsten. Spilhoutvolumes per ha voor het basissysteem werden vergeleken met spilhoutvolumes voor een gesimuleerde populierenaanplanting van 156 bomen per ha. Voor de berekening van de LERrotatie werd gewerkt met het spilhoutvolume per ha van twintig jaar oude bomen (eind van de simulatieperiode)(83 bomen per ha). Voor LERjaarlijks en LERcumulatief werd gewerkt met cumulatieve spilhoutvolumes per ha tot en met jaar i. 2.3.4.1 LER van het basissysteem Met behulp van de gesimuleerde opbrengsten en houtvolumes werd een LERrotatie berekend van 1.36. LERjaarlijks en LERcumulatief en de componenten die de LER­waarden opbouwen staan weergegeven in Figuren 38 en 39. LERjaarlijks start hoog met een waarde van 1.47 in jaar één, en daalt tot 0.78 in jaar twintig. Wegens het kleiner aantal bomen schommelt het spilhoutvolume per ha slechts rond de 55% van het spilhoutvolume bekomen in een conventionele populierenaanplanting. De relatieve gewasopbrengsten dalen sterk doorheen de jaren, en bepalen daardoor het dalend verloop van de LER. Voor LERcumulatief wordt in jaar twintig een LER van 1.38 bekomen. 91 C­gehalte in bladeren meegerekend 75 Figuur 38 : LERjaarlijks voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 83 bomen per ha. Figuur 39 : LERcumulatief voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 83 bomen per ha. Het idee voor de opstelling van de figuur is op basis van (29). 2.3.4.2 LER voor andere boomdensiteiten Dezelfde berekeningen werden uitgevoerd voor het basissysteem, maar onder andere boomdensiteiten, namelijk 40 bomen per ha (een duidelijk lagere densiteit) en 156 bomen per ha (de densiteit van een conventionele populierenaanplanting). De gewasoppervlakte in SAF bleef staan op 85% van de gewasoppervlakte van een reincultuursysteem. Voor 40 bomen per ha wordt een LERrotatie bekomen van 1.19. Figuren 40 en 41 geven de resultaten voor de twee andere LER­berekeningsmethoden. Ook hier zakt de jaarlijkse LER tot onder 1 voor de laatste twee jaren. De cumulatieve LER levert een waarde van 1.21 na twintig jaar. 76 Figuur 40 : LERjaarlijks voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 40 bomen per ha. Figuur 41 : LERcumulatief voor het basis­AF­systeem onder een boomdensiteit van 40 bomen per ha. Voor 156 bomen per ha wordt een LERrotatie bekomen van 1.52. Figuren 42 en 43 geven LERjaarlijks en LERcumulatief. Figuur 42 : LERjaarlijks voor het basis­AF­systeem onder boomdensiteit va 156 bomen per ha 77 Figuur 43 : LERcumulatief voor het basis­AF­systeem onder boomdensiteit van 156 bomen per ha. De LER­waarden stijgen voor grotere boomdensiteiten. De grotere spilhoutvolumes door een groter aantal bomen lijken door te wegen op de kleiner wordende gewasopbrengsten. Hierbij moet wel rekening gehouden worden dat gewasopbrengsten, los van de kleinere gewasoppervlakte, slechts duidelijk dalen vanaf jaar tien. Gedurende de eerste jaren is er namelijk nog maar relatief weinig schaduwworp en wateropname door de bomen. In deze simulaties leidde de kleinere gewasoppervlakte gedurende de eerste jaren ook tot minder competitie voor water. 2.3.4.3 Jaarlijkse LER voor monocultuur maïs en monocultuur wintertarwe in AF. Omwille van de geringere complementariteit werd reeds verondersteld dat een combinatie van monocultuur wintertarwe met populier meer geschikt leek92 dan populier in combinatie met monocultuur maïs. In Figuur 44 werd LERjaarlijks weergegeven voor beide systemen. Voor ‘AF actueel 83 monomaïs’ werd een LERrotatie en LERcumulatief op jaar twintig bekomen van respectievelijk 1.34 en 1.32. Voor ‘AF actueel 83 monotarwe’ werd een LERrotatie en LERcumulatief op jaar twintig bekomen van respectievelijk 1.38 en 1.37. De LERjaarlijks blijft boven één bij ‘AF actueel 83 monotarwe’. Figuur 44 : LERjaarlijks voor ‘AF actueel 83 monomaïs’ (links) en voor ‘AF actueel 83 monotarwe’ (rechts). 92 Hoewel een monocultuur wintertarwe in praktijk agronomische nonsens is. 78 2.3.5 2.3.5.1 Beheermaatregelen Snoei In het basissysteem werd opgesnoeid tot op zes meter takvrije stam. Indien op dag 150 van een jaar (30 of 31 mei) de takvrije stamlengte gesommeerd met een vooropgestelde snoeihoogte van 1.5m kleiner was dan de helft van de totale stamlengte, dan werd gesnoeid, waarbij twintig percent (24) van de takken werd weggenomen. De simulatie van het basissysteem resulteerde in vier snoeibeurten, namelijk in mei 2014 (jaar 5), mei 2017 (jaar 8), mei 2019 (jaar 10) en mei 2021 (jaar 12). Na twintig jaar bereikten de bomen een spilhoutvolume van 1.43 m³ per boom, een hoogte van 28.47 m en een diameter op borsthoogte (dbh)93 van 41.53 cm. Werd gesnoeid tot op twaalf meter takvrije stam dan simuleerde het model een spilhoutvolume per boom van 1.13 m³ per boom, een hoogte van 26.36 m en een dbh93 van 38.45 cm. Werd snoei achterwege gelaten dan werd een spilhoutvolume van 1.77 m³ per boom, een hoogte van 30.58 m en een dbh van 44.61 cm bekomen. De mate van snoeien beïnvloedt de boomgroei sterk. Bijgevolg zal ook de gewasopbrengst beïnvloed worden. Figuur 45 schetst actuele DS­gewasopbrengsten voor het basissysteem voor de twintigjarige simulatieperiode voor de drie snoei­opties. Gedurende de eerste tien jaren zijn de opbrengsten quasi dezelfde voor alle drie de situaties, maar vanaf jaar vijftien zijn duidelijk verschillen merkbaar. Figuur 45 : DS­gewasopbrengsten voor drie verschillende snoei­opties. Snoei tot op twaalf meter takvrije stam werd verondersteld de gewasopbrengst bij ‘AF 83 actueel snoei 12m monomaïs’ meer positief te beïnvloeden dan bij ‘AF 83 actueel snoei 12m monotarwe’. Het niet snoeien van de bomen werd verondersteld de maïsopbrengst meer negatief te beïnvloeden. Deze vergelijking werd gevoerd voor potentiële groei zodat enkel het schaduweffect een rol speelt. Tabel 11 toont aan dat de maïsopbrengsten effectief sterker beïnvloed worden door het snoeibeheer 93 Diameter op borsthoogte. In Europa, Australië, het V.K. en Canada is dit de diameter op 1.30m hoogte. In enkele andere landen waaronder de VS, Nieuw­Zeeland, Maleisië, enz. wordt dbh gelokaliseerd op 1.40m hoogte. 79 dan de wintertarwe­opbrengsten. De eerste kolom geeft aan hoeveel percent de maïsopbrengst jaarlijks lager wordt wanneer de bomen niet gesnoeid worden in vgl. met wanneer de bomen gesnoeid worden tot op zes meter takvrije stam. Kolom drie geeft hetzelfde voor ‘AF potentieel 83 monotarwe’. Kolom twee en vier geven aan hoeveel percent de gewasopbrengst jaarlijks hoger is wanneer de bomen gesnoeid worden tot op twaalf meter takvrije stam in vgl. met de conventionele opsnoei tot op zes meter, respectievelijk voor ‘AF potentieel 83 monomaïs’ en ‘AF potentieel 83 monotarwe’. Tabel 11 : Vergelijking van potentiële DS­gewasopbrengsten voor verschillende snoei­opties voor ‘AF potentieel 83 monomaïs’ en ‘AF potentieel 83 monotarwe’. Snoei tot op 12m takvrije stam werd vergeleken met opsnoei tot op 6m takvrije stam en er werd nagegaan hoeveel percent de gewasopbrengst stijgt door het intensiever snoeien. Omgekeerd werd nagegaan hoeveel percent de gewasopbrengst daalt indien de bomen niet gesnoeid worden ten opzichte van wanneer de bomen tot op zes meter takvrije stam gesnoeid worden. Alle kolommen geven aan opbrengstwijziging in percent t.o.v. snoei tot op 6m takvrije stam. simulatiejaar ‘AF potentieel 83 monomaïs’ ‘geen snoei’ verlaagt ‘snoei12m’verhoogt de opbrengst x% de opbrengst x% 2.3.5.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 0 0 0 0,095 0,22 0,40 1,07 1,74 3,23 4,71 7,75 10,59 12,38 14,83 16,20 18,15 19,36 19,60 19,05 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2,29 3,63 8,53 11,79 20,91 27,35 39,69 47,00 ‘AF potentieel 83 monotarwe’ ‘geen snoei’ ‘snoei12m’verhoogt verlaagt de de opbrengst x% opbrengst x% 0 0 0 0 0 0 0 0 0,046 0 0,13 0 0,24 0 0,58 0 1,20 0 1,96 0 3,036 0 4,85 0 6,16 0,84 6,93 1,99 9,37 4,59 9,78 6,93 11,62 11,78 8,66 11,79 9,96 17,96 10,01 23,86 Irrigatie Voor irrigatie wordt verwezen naar de figuren voor potentiële vs actuele groei, aangezien de gewasopbrengsten bij irrigatie hiertussen zullen liggen. 80 2.3.6 Stikstofuitloging Werd een ideale stikstofbemesting toegepast, dan werden de stikstofuitlogingswaarden voorgesteld in Figuur 46 bekomen. De uitloging in AF­context was altijd kleiner in vgl. met conventionele landbouw. Niet alleen omwille van de kleinere N­bemesting en de extra N­opname van de bomen, maar ook ook vanwege de grotere totale wateropname van het systeem resulterend in minder grondwaterstroming naar diepere bodemlagen (Figuur 47)(29, 80). Figuur 46 : N­uitloging voor het basis­AF­syteem en voor een reincultuursysteem met dezelfde gewasrotatie. Een ideale bemesting werd toegepast. Figuur 47 : Cumulatieve stroming naar het grondwater bij het basis­AF­systeem en een reincultuursysteem met dezelfde gewasrotatie. 81 2.4 Conclusie Het Plot­SAFE model leek de verwachte aspecten, zoals dalende gewasopbrengsten, andere boomgroei en de effecten van beheermaatregelen, correct te voorspellen. Over de specifieke waarden kan, gezien de limitaties van het model, sterk getwijfeld worden. Het niet in rekening brengen van ruimtelijke heterogeniteit van hulpbronnen (licht, water en nutriënten) op het perceel is de grootste zwakte van het model. Het Plot­SAFE model werd echter bewust vereenvoudigd. Het verbeteren en verfijnen van het model zou leiden naar het Hi­SAFE model (zie 2.2.1.1) dat preciezer en exacter is, maar niet in staat is om langetermijnsimulaties uit te voeren. Het zou wel interessant zijn om een of meerdere jaren te simuleren met dit preciezere model en de bekomen resultaten te vergelijken met wat hier bekomen werd. Interacties in agroforestry­systemen zijn complex, en er is nog te weinig informatie om algemene conclusies te kunnen opstellen. De stellingen dat agroforestry de omgeving minder negatief beïnvloedt in vergelijking met conventionele landbouw, en dat de productiviteit van AF­systemen hoger kan zijn in vergelijking met conventionele landbouwsystemen of boomaanplantingen, worden door vele auteurs aanvaard. Over wat de precieze gevolgen van AF zijn voor de bodem en omgeving, hoeveel productiever AF­systemen in de gematigde streken precies kunnen zijn, en of ze ook economisch rendabel zijn, is echter nog zeer weinig gekend. Bovendien zal veel afhangen van het specifieke ontwerp, het gevoerde beheer en van de standplaatskarakteristieken. Meer onderzoek is nodig om algemene principes te kunnen afleiden, onzekerheden te kunnen reduceren en om een goede vergelijking te kunnen maken tussen agroforestry en andere vormen van landgebruik. Verschillende auteurs vermelden voor AF­systemen LER­waarden groter dan één bekomen te hebben. Voor het AF­systeem te Vézénobres vonden Dupraz en Liagre bijvoorbeeld een cumulatieve LER, op het einde van de levensduur van de bomen, van 1.34 (29), Sharrow vermeldt een LER voor een silvopastoral systeem van 1.6 (102), enz. Dupraz en Liagre stellen dat de LER van een AF­systeem quasi altijd groter zal zijn dan één en dat met de huidige kennis geconcludeerd kan worden dat een beredeneerde menging van elementen uit land­ en bosbouw minstens even productief is, en vaak productiever, als wanneer de teelt van gewassen en bomen gescheiden wordt in de ruimte (29). De berekende LER­waarden op basis van gesimuleerde opbrengstdata voor het virtueel basis­AF­ systeem waren, met uitzondering van de laatste twee jaren bij LERjaarlijks, altijd groter dan één. Meer specifiek werd een LERrotatie van 1.36 bekomen. LERjaarlijks daalde van 1.47 in simulatiejaar één tot 0.78 na twintig jaar en LERcumulatief schommelde rond 1.4 om te eindigen op 1.38 na twintig jaar. Het virtuele AF­systeem was bijgevolg productiever in vergelijking met het virtuele landbouw­ reincultuursysteem of de virtuele populierenaanplanting. Er was minder land nodig in AF om evenveel te produceren als wanneer de gewassen en bomen als reinculturen naast elkaar geteeld werden. Grotere boomdensiteiten voor het systeem leidden tot grotere LER­waarden. De boomcomponent leek door te wegen bij de berekening van de LER, waarschijnlijk omdat gedurende de eerste tien jaren de gewasopbrengsten nauwelijks beïnvloed werden door de aanwezigheid van de bomen. Agroforestry biedt opportuniteiten om de omgeving te beschermen tegen antropogene verstoringen. Op basis van simulaties werd aangetoond dat de bomen in het AF­systeem een significante bijdrage konden leveren in CO2­sequestratie. Na twintig jaar hadden de populierenklonen 161 ton CO2 per ha 82 gesequestreerd. Op basis van ruwe berekeningen werd aangetoond dat stikstofuitloging in SAF­ systemen lager is in vergelijking met de uitloging van landbouw­reincultuursystemen. Voor het te simuleren basis­AF­systeem werd een boomdensiteit van 83 populieren per ha vooropgesteld. Voor AF is dit nog een relatief hoog aantal. Dupraz en Liagre stellen dat voor bomen die deze hoogte bereiken de boomdensiteit beduidend lager moet zijn, namelijk 24 bomen per ha, om een rendabele gewasproductie te behouden. Voor praktijkuitvoeringen kan een lagere densiteit bijgevolg aangewezen zijn. Met een lagere boomdensiteit en door de bomen onder andere op perceelsgrenzen aan te planten, zal er maar een gering verlies aan gewasoppervlakte zijn in vgl. met een reincultuur­landbouwveld. Uit simulaties bleek dat de gesimuleerde cumulatieve gewasopbrengst van gewassen in combinatie met veertig bomen per ha na twintig jaar nog meer dan 80% was van de cumulatieve gewasopbrengst van een reincultuursysteem met dezelfde gewasrotatie. Zouden de bomen op perceelsgrenzen aangeplant geweest zijn, zodat de oppervlakte in AF meer dan 85% van een reincultuur­oppervlakte was, dan was de relatief cumulatieve gewasopbrengst nog hoger geweest zijn. Minder bomen leiden uiteraard tot kleinere houtvolumes. Een afweging moet bijgevolg gemaakt worden, afhankelijk van de specifieke doelstellingen van de beheerder. 83 84 3. Referenties 1. Allen, S.C., et al. Safety­net role of tree roots: evidence form a pecan (Carya illinoensis K.Koch)­cotton (Gossypium hirsutum L.) alley cropping system in the southern United States. Forest Ecology and Management, 192, 395­407. 2004. 2. Bainard, L.D., et al. Arbuscular mycorrhizal fungi in tree­based intercropping systems: A review of their abundance and diversity. Pedobiologia, 54, 57­61. 2011. 3. Beetz, A. Agroforestry overview. ATTRA. 2002. 4. Berzsenyi, Z. et al. Effect of crop rotation and fertilisation on maize and wheat yields and yield stability in a long­term experiment. European Journal of Agronomy, 13, 225­244. 2000. 5. Bosrevue, 32. 2010. 6. Brandle, J.R., et al. Windbreaks in North American agricultural systems. Agroforestry Systems, 61, 65­78. 2004. 7. Buck, L.E., et al. Agroforestry in sustainable agricultural systems. 416p. 1998. 8. Bunting, E.S. Forage maize. 346p. 1978. 9. Burgess, P.J. Effects of agroforestry on farm biodiversity in the UK. Scottish forestry, 53, 24­ 27. 1999. 10. Burgess, P.J., et al. Deliverable 6.1 : Parameterisation of the Yield­SAFE model and its use to determine yields at the landscape test sites. 2005. 11. Burgess, P.J., et al. (2004b). Description of Plot­SAFE Version 0.3. Working document, 15 september 2004. Silsoe, Bedfordshire: cranfield University, 52p. 2004. 12 Burgess, P.J., et al. Poplar (Populus spp.) growth and crop yields in a silvoarable experiment at three lowland sites in England. Agroforestry Systems, 63, 157­169. 2000. 13. Caldwell, M.M., Dawson, T.E., Richards, J.H. Hydraulic lift : consequences of water efflux from the roots of plants. Oecologia, 113, 151­161. 1998. 14. Calfapietra, C., et al. Response and potential of agroforestry crops under global change. Environmental Pollution xxx, 1­10. 2009. 15. Canadell, J., et al. Maximum rooting depth of vegetation types at the global scale. Oecologia, 108, 583­595. 1996. 16. Chaves, D. B. Effecten van bomen en hagen op landbouwgewassen. Masterproef, Universiteit Gent, 220p. 2001­2002. 17. Chifflot, V., et al. Beneficial effects of intercropping on the growth and nitrogen status of young wild cherry and hybrid walnut trees. Agroforestry Systems, 66, 13­21. 2006. 18. Chirko, C.P., et al. Influence of direction and distance from trees on wheat yield and photosynthetic photon flux density in a Paulownia and wheat intercropping system. Forest Ecology and Management, 83, 171­180. 1996. 19. Cleugh, H.A. Effects of windbreaks on airflow, microclimates and crop yields. Agroforestry Systems, 41, 55­84. 1998. 20. Clinch, R.L., et al. Biophysical interactions in a short rotation willow intercropping system in southern Ontario, Canada. Agriculture, Ecosystems and Environment, 131, 61­69. 2009. 21. Corak, S.J., et al. Water transfer in an Alfalfa/Maize association. Plant Physiology, 84, 582­ 586. 1987. 22. De Boer, J., Oosterbaan, A. Op weg naar een duurzaam elzensingellandschap. Alterra. 2004. 23. De Neve, S., Hoffman, G. Cursus bodemkunde. Academiejaar 2008­2009. 24. Den Ouden, J., et al. Bosecologie en bosbeheer. 674p. 2010. 25. De Wulf, R. Cursus dendrometrie en bosinventarisatie. Academiejaar 2009­2010. 26. De Wulf, R. Cursus tropical forestry. Academiejaar 2009­2010. 27. Dumortier, M. Cursus bos­ en natuurbeleid. Academiejaar 2010­2011. 28. Dupraz, C., et al. SAFE (Silvoarable Agroforestry for Europe) final report. Synthesis of the SAFE­project. 254p. 2005. 29. Dupraz, C., Liagre, F. Agroforesterie, des arbres et des cultures. 413p. 2008. 30. Eichhorn, M.P., et al. Silvoarable systems in Europe – past, present and future prospects. Agroforestry Systems, 67, 29­50. 2006. 31. Evers, A. K., et al. Potential greenhouse gas mitigation through temperate tree­based intercropping systems. The Open Agricultural Journal, 4, 49­57. 2010. 32. Fang, S., et al. Poplar in wetland agroforestry : a case study of ecological benefits, site productivity, and economics. Wetlands ecology and management, 13, 93­104. 2005. 33 Fernandez, M.E., et al. Belowground interactions for water between trees and grasses in a temperate semiarid agroforestry system. Agroforestry Systems, 74, 185­197. 2008. 34. Friday, J.B. Optimizing tree­crop interactions in agroforestry systems. Presentation. 35. Gabriels, D., Cornelis, W. Cursus bodemerosie en bodembehoud. Academiejaar 2009­2010. 36. Gama­Rodrigues, A.C. Soil organic matter, nutrient cycling and biological dinitrogen­fixation in agroforestry systems. Agroforestry Systems, 81, 191­193. 2011. 37. Gifford, R.M. Carbon contents of above­ground tissues of forest and woodland trees. Technical report No. 22. 2000. 38. Gifford, R.M. Carbon content of woody roots. Technical report No. 7. 2000. 39. Gillespie, A.R., et al. Defining competition vectors in a temperate alley cropping system in the midwestern USA. 1. Production physiology. Agroforestry Systems, 48, 25­40. 2000. 40 Gladstone, N., et al. Agroforestry. Action Sheet 35. 41. Gordon, A.M., Newman, S.M. Temperate agroforestry systems.270p. 1997. 42. Graves, A.R., et al. Implementation and calibration of the parameter­sparse Yield­SAFE model to predict production and land equivalent ratio in mixed tree and crop systems under two contrasting production sites in Europe. Ecological Modeling, 221, 1744­1756. 2010. 43 Graves, A., et al. Quick guide to PlotSAFE 2006. 44. Höfte, M. Cursus bosbescherming. Academiejaar 2009­2010. 45. Horton, J.L., Hart, S.C. Hydraulic lift : a potentially important ecosystem process. TREE, vol. 13, 6. 1998. 46. Intergovernmental panel on climate change. IPCC fourth assessment report, climate change (AR4). 2007. 47. Intergovernmental panel on climate change. Land­use, land­use change and forestry. Special report of the intergovernmental on climate change, 375p. 2000. 48. IPCC. Revised 1996 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories : reference manual Land use change and forestry. 49. Jackson, J.E. Tree and crop selection and management to optimize overall system productivity, especially light utilization, in agroforestry. (Uit : Meteorology and Agroforestry, editors : Reifsnyder, W.S., Darnhofer, T.O., 1987). 50. Jansen J.J., et al. Opbrengsttabellen voor belangrijke boomsoorten in Nederland. IBN rapport 221, Hinkeloord reports 17. 1996. 51. Jorgenson, U., Schelde, K. Energy crop water and nutrient use efficiency. 52. Jose, S., et al. Defining competition vectors in a temperate alley cropping system in the midwestern USA. 3. Competition for nitrogen and litter decomposition dynamics. Agroforestry Systems, 48, 61­77. 2000. 53. Jose, S., et al. Interspecific interactions in temperate agroforestry. Agroforestry Systems, 61, 237­255. 2004. 54. Jose, S., Gillespie, A.R. Allelopathy in black walnut (Juglans nigra L.) alley cropping. I. Spatio­ temporal variation in soil juglone in a black walnut­corn (Zea mays L.) alley cropping system in the midwestern USA. Plant and Soil, 203, 191­197. 1998. 55. Jose, S., Gillespie, A.R. Allelopathy in black walnut (Juglans nigra L.) alley cropping. II. Effects of juglone on hydrophonically grown corn (Zea mays L.) and soybean (Glycine max L. Merr.) growth and physiology. Plant and Soil, 203, 199­205. 1998. 56. Jose, S., Holzmueller, E. Black walnut allelopathy: implications for intercropping. Allelopathy in sustainable agriculture and forestry, 3, 303­319. 2008. 57. Kays, J.S., Canham, C.D. Effects of time and frequency of cutting on hardwood root reserves and sprout growth. Forest science, 37, 524­539. 1991. 58. Khasa, D., et al. Molecular analysis of arbuscular mycorrhizal community structure and spores distribution in tree­based intercropping and forest systems. Agriculture, Ecosystems and Environment, 131, 32­39. 2009. 59. Klaa, K., et al. Distribution of small mammals in a silvoarable agroforestry system in Northern England. Agroforestry Systems, 63, 101­110. 2005. 60. Kohli, R.K., et al. Ecological interactions in Agroforestry : an overview. (Uit het boek ‘Ecological basis of agroforestry’, Batish et al. 2007). 61. Lehmann, J. Subsoil root­activity in tree­based cropping systems. Plant and Soil, 255, 319­ 331. 2003. 62. Lin, C.H., et al. Shade effects on forage crops with potential in temperate agroforestry practices. Agroforestry Systems, 44, 109­119. 1999. 63. Lundgren, B., et al. Editorial, what is agroforestry? Agroforestry Systems, vol. 1, nr. 1, 3­12. 1982. 64. Lundgren, B.O., Raintree, J.B. ICRAF Reprint No. 3. 1983. (Reprinted from Agricultural Research for Development: Potentials and challenges in Asia, The Hague, ISNAR, 1983). 65. Matson, P.A., et al. Agricultural intensification and ecosystem properties. Science, 277. 1997. 66. McAdam, J.H., et al. Chapter 2 : classifications and functions of agroforestry systems in Europe. Advances in Agroforestry, vol. 6, 1, 21­41. 2008. 67. Meiresonne L, et al. Nutrient cycling in a poplar plantation (Populus trichocarpa x P. deltoides cv. Beaupré) on former agricultural land in northern Belgium. 68. Millennium ecosystem assessment. Ecosystems and human well­being. 2005. 69. Miller, A.W., Pallardy S.G. Resource competition across the crop­tree interface in a maize­ silver maple temperate alley cropping stand in Missouri. Agroforestry Systems, 53, 247­259. 2001. 70. Millikin, C.I., Bledsoe, C.S. Seasonal and diurnal patterns of soil water potential in the rhizosphere of blue oaks: evidence for hydraulic lift. Oecologia, 125, 459­465. 2000. 71. Mitlohner, F.M., et al. Shade and water misting effects on behavior, physiology, performance, and carcass traits of heat­stressed feedlot cattle. Journal of Animal Science, 79, 2327­2335. 2001. 72. Monteith, J.L., et al. Microclimatic interactions in agroforestry systems. Forest Ecology and Management, 45, 31­44. 1991. 73. Mosquera­Losada, M.R., et al. Chapter 1 : definitions and components of agroforestry practices in Europe. Advances in Agroforestry, vol. 6, 1, 3­19. 2008. 74. Mulia, R., Dupraz, C. Unusual fine root distributions of two decidous tree species in southern France: what consequences for modelling of tree root dynamics ? Plant and Soil, 281, 71­85. 2006. 75. Nair, P.K.R. An introduction to agroforestry. 500p. 1993. 76 Naizhuang, L. Light distribution in tree intercropping area and its Agricultural value. 77. Nelder, B. Animal welfare benefits from agroforestry systems. 2010. 78. Oelbermann, M., Voroney, R.P. Carbon and nitrogen in a temperate agroforestry system: using stable isotopes as a tool to understand soil dynamics. Ecological Engineering, 29, 342­ 349. 2007. 79. Oosterbaan, A., De Boer, J. Agroforestry: bomen in combinatie met landbouw. 80. Palma, J.H.N., et al. Methodological approach for the assessment of environmental effects of agroforestry at the landscape scale. Ecological Engineering, 29, 450­462. 2007. 81. Peichl et al. Carbon sequestration potentials in temperate tree­based intercropping systems, southern Ontario, Canada. Agroforestry Systems, 66, 243­257. 2006. 82. Peri, P.L. An agroforestry system in New Zealand: interactions between pine trees and understorey pasture. 1999. 83. Persmededeling van het kabinet van de minister­president van de vlaamse regering, vlaams minister van economie, buitenlands beleid, landbouw en plattelandsbeleid. 1 april 2011. 84. Pigé, J. Praktijkgids biologische akkerbouw. 2004. 85. Ponder, F. Jr., et al. Using poultry litter in black walnut nutrient management. Journal of Plant Nutrition, 28, 1355­1364. 2005. 86. Postma, M. It’s all in the mix. Agroforestry, a prospective land use system for the Netherlands. Thesis. 2005. 87. Preface. Temperate agroforestry : when trees and crops get together. Agriculture, Ecosystems and Environment, 131, 1­3. 2009. 88. Price, G.W., Gordon, A.M. Spatial and temporal distribution of earthworms in a temperate intercropping system in southern Ontario, Canada. Agroforestry Systems, 44, 141­149. 1999. 89. Quinkenstein, A., et al. Ecological benefits of the alley cropping agroforestry system in sensitive regions of Europe. Environmental science & policy, 12, 1112­1121. 2009. 90. Reheul, D., De Smet, S. Cursus duurzame systemen. Academiejaar 2007­2008. 91. Reheul, D. Cursus plantaardige productiesystemen. Editie 2010. 92. Reich, P.B., et al. Plant diversity enhances ecosystem responses to elevated CO2 and nitrogen deposition. Nature, 410. 2001. 93. Reid, R., Ferguson, I.S. Development and validation of a simple approach to modelling tree shading in agroforestry systems. Agroforestry Systems, 20, 243­252. 1992. 94. Reifsnyder, W.E. Control of solar radiation in agroforestry practice. Uit : Meteorology and Agroforestry, editors : Reifsnyder, W.S., Darnhofer, T.O. 1987. 95. Rigueiro­Rodriguez, A., et al. Chapter 3 : Agroforestry systems in Europe: productive, ecological and social perspectives. Agroforestry Systems, vol. 6, 43­65. 2008. 96. Rivest, D., et al. Hardwood intercropping systems. Combining wood and agricultural production while delivering environmental services. Agriculture and agri­food Canada. 97. Rivest, D., et al. Tree­based intercropping systems increase growth and nutrient status of hybrid poplar: a case study from two Northeastern American experiments. Journal of Environmental Management, 91, 432­440. 2009. 98. Schoeneberger, M.M. Enhancing biodiversity with and within agroforestry plantings. USDA Forest Service­National Agroforestry Center. 1992. 99. Schroth, G. A review of belowground interactions in agroforestry, focusing on mechanisms and management options. Agroforestry Systems, 43, 5­34. 1999. 100. Schroth, G. Tree root characteristics as criteria for species selection and systems design in agroforestry. Agroforestry Systems, 30, 125­143. 1995. 101. Shanker, A.K. Light interception and resource capture in agroforestry systems for sustainable yield. 102. Sharrow, S.H. The biology of silvopastoralism. Agroforestry Notes (USDA­NAC). 1997. 103 Shibu, J. Agroforestry for ecosystem services and environmental benefits : an overview. Agroforestry Systems, 76, 1­10. 2009. 94 104. Simpson, J.A. Effects of shade on maize and soybean productivity in a tree based intercrop system. Thesis, Guelph university. 1999. 94 Achteraf werd bemerkt dat hier de voor­ en achternaam verwisseld werden. Deze bron moest eigenlijk vermeld staan als : Jose, S. Agroforestry for ecosystem services and environmental benefits : an overview. Agroforestry Systems, 76, 1­10. 2009. 105. Smith, J. Agroforestry : reconciling production with protection of the environment. A synopsis of research literature. The organic research centre. 2010. 106. Smith, J. The history of temperate agroforestry. The Organic Research Centre. 107. Smith, M.W. Allelopathy of Bermudagrass, Tall Fescue, Redroot Pigweed, and Cutleaf Evening Primrose on Pecan. HortScience, 36, 1047­1048. 2001. 108. Somarriba, E. Revisiting the past: en essay on agroforestry definition. Agroforestry Systems, 19, 233­240. 1992. 109. Stamps, W.T., et al. Arthropod diversity in alley cropped black walnut (Juglans nigra L.) stands in eastern Missouri, USA. Agroforestry Systems, 56, 167­175. 2002. 110. Stamps, W.T., Linit M.J. Plant diversity and arthropod communities: implications for temperate agroforestry. Agroforestry Systems, 39, 73­89. 1998. 111. Steppe, K., Janssen, C., Goethals, P. Cursus aquatische en terrestrische ecologie. Academiejaar 2009­2010. 112. Steppe, K., Pauwels, V. Cursus meteorologie en hydrologie. Academiejaar 2008­2009. 113. Thevathasan, N.V., Gordon, A.M. Ecology of tree intercropping systems in the North temperate region: experiences from southern Ontario, Canada. Agroforestry systems, 61, 257­268. 2004. 114. Udawatta, R. P., et al. Agroforestry and grass buffer effects on water quality in grazed pastures. Agroforestry Systems, 79, 81­87. 2010. 115 Vanden Abeele, J., et al. Agroforestry in Vlaanderen. Bachelorproef, Faculteit Bio­ ingenieurswetenschappen. 2010. 116. Vandermeer, J. The ecology of intercropping. 1989. 117. Van der Werf, W., et al. Yield­SAFE : a parameter­sparse, process­based dynamic model for predicting resource capture, growth, and production in agroforestry systems. Ecological Engineering, 29, 419­433. 2007. 118. Van Ittersum, M.K., Rabbinge, R. Concepts in production ecology for analysis and quantification of agricultural input­output combinations. Fields Crops Research, 52, 197­ 208. 1997. 119. Moormann, F., Van Ruymbeke, M. De bodemgesteldheid van het domein van de Rijksproefhoeve te Melle. 120. Verheyen, K., Lust, N. Cursus bos­ en houtkunde. Academiejaar 2008­2009. 121. Verheyen, K. Cursus bosbouw. Academiejaar 2009­2010. 122. Verheyen, K., Goethals, P. Cursus ecotechniek en natuurbouw. Academiejaar 2009­2010. 123. Vullioud, P. Tabbelle 2 : fruchtfolgewert der ackerkulturen. Auflage (Optimale fruchtfolgen im feldbau). Revision 2005. 124. Wang, Q., Shogren, J.F. Characteristics of the crop­Paulownia system in China. Working paper 91­WP 84. 1991. 125. Wervel. Agroforestry : één plus één is meer dan twee. 126. Wolfe, M. Functional biodiversity. Elm farm research centre. 127. Wösten, J.H.M., et al. Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. Geoderma, 90, 169­185. 1999. 128. Zhang, P. The impact of nutrient inputs from stemflow, troughfall, and litterfall in a tree­ based temperate intercropping system, southern Ontario, Canada. Thesis. Guelph university. 1999. 129. SAFE­project. Technical annex. 2001. Websites : 130. www.milieurapport.be 131. http://geo­vlaanderen.agiv.be/geo­vlaanderen/bodemkaart/ 132 http://www.lne.be/themas/klimaatverandering/vlaams­klimaatbeleidsplan­2006­2012/ 133. http://www.meteo.be 134. http://www.populierenland.com/ 135. http://www.salv.be 136. http://www.urania.be/sterrenkunde/weerkunde/klimaat.php 137. http:///www.vilt.be 138. http://nl.wikipedia.org/ 139. http://www.wervel.be/ 140. http://www.inbo.be 141. http://www.metrokc.gov/wsu­ce Persoonlijke communicatie : 142. Persoonlijke communicatie Parameterwaarden : Referenties en geraadpleegde werken voor het bepalen van de parameterwaarden staan beschreven in Bijlage 10. 4. Bijlagen Overzicht : Bijlage 1 : Beknopt verslag van het bezoek aan de Wakelyns agroforestry farm te Suffolk. Bijlage 2 : Enkele foto’s van de Wakelyns agroforestry farm. Bijlage 3 : Persmededeling betreffende de ondersteuning van agroforestry in Vlaanderen. Bijlage 4 : Inleiding tot classificatie van agroforestry­systemen. Overzichtsschema. Bijlage 5 : Simulatie door Allen et al. voor cumulatieve drainagewaarden. Bijlage 6 : Koolstofmodellen opgesteld door Peichl et al. Bijlage 7 : Resultaten uit een langetermijnexperiment ter vergelijking van vruchtwisseling en monocultuur. Bijlage 8 : Biofysische vergelijkingen in het Plot­SAFE model. Bijlage 9 : Parameters en hun waarden voor simulaties van agroforestry­systemen. Bijlage 10 : Referenties bij de gekozen parameterwaarden. Bijlage 11 : Bodembeschrijving van perceel H op de Proefhoeve. Bijlage 12 : Enkele gecommercialiseerde populierencultivars. Bijlage 13 : Voorbeeld van een boomplantverband in een AF­perceel met keerzones. Bijlage 14 : Vergelijkingen ter berekening van stikstofuitloging. Bijlage 15 : Parameters bij de berekening van stikstofuitloging. Bijlage 16 : Artikel over het tekort aan populierenhout. Bijlage 17 : Artikel over het eerste Vlaamse agroforestry­proefperceel. De Bronnen van de referenties zijn opnieuw aangeduid met cijfers die verwijzen naar de referentielijst hier net voor. Indien andere bronnen gebruikt werden, dan staat dit specifiek vermeld. Bijlage 1 : Beknopt verslag van het bezoek aan de Wakelyns agroforestry farm te Suffolk. Prof. Martin Wolfe richte de Wakelyns Agroforestry farm, een organisch silvoarable agroforestry systeem, op in 1994 te Suffolk (Engeland). Fruitbomen, loofbomen voor houtproductie en hazelaar­ en wilg hakhout worden er gecombineerd met graangewassen, aardappelen en groenten . Op 27 en 28 juli 2010 werd deze plaats bezocht. Dit verslag geeft een korte beschrijving van enkele principes in verband met AF die tijdens het bezoek aangehaald werden. Introduction The Wakelyns agroforestry farm is situated in Suffolk, eastern England. This organic silvoarable agroforestry system is managed by professor Martin Wolfe and his employees. The farm can be divided in 5 different parts : “hazel field”, “home field”, “water field”, “far field” and “north field”. The farm was visited on 27 and 28 july 2010. Visitors were Prof. Dirk Reheul (University of Ghent, Belgium), Prof. Marjolein Visser (Université Libre de Bruxelles, Belgium), Anke De Dobbelaere and Rutger Tallieu (University of Ghent, Belgium). Idea behind agroforestry Years ago small agricultural fields where surrounded by hedgerows, in such way that interaction between the trees and crops was possible. This interaction is what agroforestry is about, so agroforestry should not be considered as something new. th th Darwin (19 century) already expressed the value of mixtures and biodiversity. However during the 19 century an agricultural revolution found place, with a lot of inventions and new ideas (synthetic fertilizers, superphosphate fertilizers, the Haber­Bosch process,…). Industrialization led to new tools to simplify agricultural processes. Because of these changes, people moved to monocultures which are more ease to manage. Now this principle is still around, and there’s a gap between agriculture and the natural world (example : in England they distinguish ‘parks’ and ‘prairies’). However, when we look to natural systems, we see that there is not only competition but also that everything grows together, and sometimes with a large yield/ha. Agroforestry wants to use this principle and searches for systems with components capable of growing together en capable of producing sufficient yield. Agroforestry can be considered as the search for systems that re­integrate nature and agriculture and where biodiversity can exist. Hazel and willow coppice as biomass for energy Hazel (Corylus) and willow (Salix) are tree species adequate for coppice. They’re planted in rows on the farm and they produce biomass that can be used for the production of energy. The trees were planted in double rows with an interspace of 12m between the rows. Between those rows there are small strokes around the trees (where natural rejuvenation and fallowing takes place), and there is place for crops to grow (width of 8­ 10m) : the crop­field. Willows are fast growers, and can be coppiced every 2 years. They are quite easy to harvest. Willow hedges can produce 10­15 ton DM/ha*year. The stool of the coppice can become 20­25 years old before it needs to be replaced. Hazel grows slower and can be coppiced every 6 years. Hazelwood has a higher energetic value than willow, which means that in comparison with willow, less hazel is needed to produce a same amount of energy. Disadvantages of hazel are that it’s more difficult to chip and that it grows slower, it’s also more expensive. An advantage of hazel are the hazelnuts. But they only produce those nuts after 5 years, so only one yield is possible if they are coppiced every 6 years. Because of the Dutch Elm disease, no elm trees are used. However some stools are still present between the hazel rows. They do grow, but once they reach a certain height, they’re killed again by the disease. Poplar could also be used. It a fast growing tree en appropriate for coppicing. But the wood gives less energy in comparison with willow. Willow leads to a habitat for a lot of organisms, so more biodiversity is possible. Because of this biodiversity, willow is maybe less sensible to diseases than poplar. So the preference is given to willow. Ash is also appropriate for coppicing, but it has not been tried yet on the farm. Because of the double rows, only one row is harvested at a time. In this way the shelter effect of the trees stays. After harvesting, the wood is collected on a pile, and it stays there for a while so that it can dry. When the wood is dry enough, it can be fed to the wood chipper (which costed about 4000 pounds, but has a very long lifetime because broken parts can easily be replaced). The chips are stored in a little stall. Finally the chips can be burned in an incinerator and the produced energy can be used to heat the buildings and water. 0.2 ha of willow seems to be enough to heat a house. The ash produced is used as compost. Hazel field On this field, arable crops are grown between hazel rows. The rows are oriented from north to south to minimize the shadow (because of the trees) on the crops. The distance between the rows is 12m. (The rows should not be more than 24m, otherwise the effect of the interaction is gone). Between the rows there’s a rotation of wheat (1y)– clover mixture (1y) – clover mixture – potatoes – clover mixture­ clover mixture. The clover mixture consists of clover species and plants like black medic (Medicago lupulina L.), chicory (Cichorium),... . (Chicory is deep­rooting and has an anti­helminth effect, but it and can grow back after cutting). However this rotation system is flexible and is depending on the weather conditions. The clover is ploughed into the yield (so there is not always a food crop yield) Mechanical weeding is needed. The idea is that the hazel rows create a microclimate which is good for organisms. The hazel hedges act as a barrier against wind, and there is also less winter damage on the crops because of the hazel­rows. Another effect is that fungi spread is reduced. Thus the hazel has an effect on the local physical environment. The understory under the trees is a place for a lot of organisms : habitat effect : biodiversity­aspect. Because off leaf­fall, the trees enrich the agricultural soil with C and other nutrients. Some disadvantages are that the hazel trees hamper the harvest of the crops. Cross­cultivation (which seems to be more effective) isn’t possible because of the smallness of the crop field, so the farmer has to plough always parallel to the trees. Another disadvantage are the yielding­losses on the edges. Maybe the width of the crop field is too small. The yield is also not uniform because of the shadow of the trees. A possible problem with the hazel is that the nuts attract rodents en squirrels who can damage the crops. Stone owls can reduce this threat. Another problem is that is isn’t always easy to harvest the nuts without damaging the crop too much. An important question on this field is what the tree roots do with the drainage system… remark : hazelnuts : there are more nuts on the west side of the hedges than on the east, because off water stress. There’s a difference in fruiting on the east side en west sides. remark : there seem to be more diseases in the west side of the alley because of the water stress when the temperature has risen (high evaporation). Tree root pruning stimulates the roots to go deeper. In this manner there is less competition between the crops and trees for nutrients. An idea can be to create other/new machines, who make some form of cross­cultivation possible. The machines to harvest the trees can lead to soil compaction. Water field and far field On water field where the conditions are wetter than on the other field, 7 different tree species are planted in double rows (north­south). Most of the trees are 15­16 years old. The distance between the rows is 12m. The tree species are oak (Quercus), wild cherry (Prunus), sycamore (Acer), Italian alder (Alnus), apple­tree (Malus), hornbeam (Carpinus) and lime­tree (Tilia). Robinia which has the quality to fixate nitrogen was not used because it’s invasive character. These 7 species are repeated throughout the rows through the fields. Those 7 species are planted in double rows because of the idea to keep the best one. But because sometimes the 2 neighbors both grow good, both are still standing, so the selection hasn’t always been realized. Under the trees there is a small stroke for understory (to difficult to mow properly) and natural rejuvenation. The natural rejuvenation of the trees will lead to a mixed and uneven aged woodland. Prof. Martin Wolfe will select the most fitting trees to grow. At the beginning the trees were given some shelter for protection, but the growth wasn’t always good. (growth deformation). A protection against animals is useful. The trees are pruned twice a year (all in once). This work takes 3 or 4 days for the whole farm. Ash is popular because it’s different rooting, it’s expensive wood and because it is the latest tree to come in leaf en the first to eject his leafs. So the tree is favorable on light conditions. Alnus is a good species, because it’s quality to fixate nitrogen. It’s also a fast grower. The apple­trees are dispersed to slow down the spread of diseases. The trees are of different varieties. All these different crowns and leaves cause shadow on the crops which leads to a non­uniform crop. There is heterogeneity in the maturation and height of the crops, but it doesn’t really seem to be a problem. Maybe however, this system would be better when grasses or fodder is produced instead of crops. The question is if the wood quality equalizes that of trees in a forest. Trees on the farm seemed to grow wider and less tall than the same trees species in a forest. So for studying an agroforestry system, new growth curves should be draught. North field On this field there’s a combination of walnut trees (Juglans)(different varieties)(since 1999) and some plum trees. The distance between the tree rows is 18m (as a try, maybe 12m was better). Maybe it would have been better to protect the walnut trees by plant some fast growing trees around them. Wheat field On the farm they also investigate composite cross species. They started with 20 different wheat varieties (some with high yield qualities, others with good baking quality…). All possible combinations ((n*(n­1))/2 different crosses possible) were made en formed the F1 generation. There is a ‘Y’­population : high yielders, a ‘Q’­ population : quality and a ‘YQ’­population : yield + quality. Because of the site conditions natural selection took place. The F9 generation was now present on the farm. Willow­potatoes field Potatoes are grown between rows of willow. The willow stools are 12 years old (can be used till 25 years old) en the willows can be coppiced every 2 years. The trees form a barrier against wind en they slow down the spread of diseases. The potatoes seem to grow well. The potatoes are from different varieties and they are harvested with an old harvester. First the leafs are cut and later the potatoes are harvested, on this way the potatoes are less sensitive to wounding. They’re sold locally. Bijlage 2 : Enkele foto’s van de Wakelyns agroforestry farm. Bijlage 3 : Persmededeling betreffende de ondersteuning van agroforestry in Vlaanderen. Bron : (83). PERSMEDEDELING VAN HET KABINET VAN DE MINISTER-PRESIDENT VAN DE VLAAMSE REGERING, VLAAMS MINISTER VAN ECONOMIE, BUITENLANDS BELEID, LANDBOUW EN PLATTELANDSBELEID 1 april 2011 VLAAMSE REGERING ONDERSTEUNT BOS-LANDBOUWSYSTEMEN Op voorstel van Vlaams minister-president Kris Peeters heeft de Vlaamse Regering zijn goedkeuring gegeven aan een steunmaatregel voor boslandbouwsystemen. Bij dergelijk teeltsystemen, ook agroforestry genoemd, wordt een win-win situatie gerealiseerd tussen landbouw en milieu. De open ruimte is schaars in Vlaanderen. Door creatief en innovatief om te springen met de verschillende functies van de open ruimte kan het open ruimtegebruik geoptimaliseerd worden. Verwevenheid van verschillende functies is één van de mogelijkheden om tot een win-win situatie te komen. Boslandbouwsystemen zijn hier een mooi voorbeeld van. In Vlaanderen zijn van oudsher een aantal vormen van boslandbouwsystemen aanwezig, zoals graasweiden waar hoogstammige bomen beschutting geven aan het grazend vee of populieraanplantingen waar de eerste jaren na de aanplant gras wordt geoogst, waarna het perceel verder verruigt. Minder ingeburgerd in Vlaanderen is het teeltsysteem waarin de beide teelten, zowel de landbouwteelt als de boomteelt, ook op langere termijn naast elkaar bestaan en elkaar versterken. Op langere termijn wordt een economische optimalisatie gerealiseerd door het feit dat de productie van biomassa (hout, …)en het verminderd gebruik van nutriënten/gewasbescherming het verlies aan opbrengsten van de klassieke teelten compenseert. Het toepassen van een boslandbouwsysteem biedt nog andere voordelen: een verminderde uitstoot van broeikasgassen, het heeft een positieve invloed op het koolstofgehalte in de bodem, de bodemstructuur en de waterhuishouding worden verbeterd en het voorkomt erosie. Door het financieel ondersteunen van de kosten voor het planten van de bomen wordt beoogd deze maatregel versneld ingang te doen vinden in Vlaanderen. Deze subsidieregeling maakt deel uit van het Vlaams Programma voor Plattelandsontwikkeling en wordt voor de helft gefinancierd door Europa. Doelstelling is om tegen 2013 op 250 ha aan agroforestry te doen. Er wordt in het totaal ongeveer 500.000€ betoelaging voorzien; ‘Agroforestry betekent een win-win-situatie voor landbouw en milieu” aldus minister Peeters.’Met het uitwerken van deze steunmaatregel willen wij boslandbouwsystemen stimuleren in het kader van het Plattelandsontwikkelingsplan.’ persinfo e-mail : Luc De Seranno, woordvoerder van minister-president Peeters - tel. 02 552 60 12 : [email protected] Bijlage 4 : Inleiding tot classificatie van agroforestry­systemen. Overzichtsschema van de besproken indelingscriteria. Bron : naar (26, 68, 75). CLASSIFICATIE VAN AGROFORESTRY-SYSTEMEN STRUCTUUR schikking van de componenten ruimte tijd aanwezige componenten � silvoarable (bomen + gewas) � bomen willekeurig verspreid � silvopastoral (bomen + grasland) � bomen gezoneerd ­ in het veld (alley­cropping) ­ rondom het veld � agrosilvopastoral (bomen + gewas + grasland) + verschillen in boomdensiteit � andere ­ apicultuur + bomen ­ aquacultuur + bomen ­ ‘forest farming’ indien specifiek beheer in functie van het product � simultaan ­ stabiel ­ evolutief � sequentieel � kortstondig + verschillen in boomrotatie FUNCTIE � � � � schaal van productie � klein � middelmatig � groot bevoorradingsfunctie regulerende functie culturele functie ondersteunende functie SOCIO-ECONOMISCH kosten­baten verhouding � commercieel � intermediair � zelfonderhoudend ECOLOGISCH � klimaattype � bodemtype � limiterende factor(en) graad van technologie � laag � medium � hoog Bijlage 5 : Gesimuleerde cumulatieve drainagewaarden (van juni 2001 tot en met augustus 2002) in mm voor een pecannoot­katoen­SAF­systeem op twee verschillende bodemdieptes (0.3m en 0.9m). Een vergelijking werd gemaakt tussen plots met wortelbarrières tussen de boomcomponent en gewascomponent en plots zonder deze barrières. De waarden werden door Allen et al. berekend met behulp van het LEACHMN­model. Bron : (1). De cumulatieve drainagewaarden zijn hoger voor de plots waar wortelsystemen van de bomen en het tussengewas gescheiden werden. Doordat de bomen ook water opnamen, was de totale wateropname voor de tussengewasstroken groter zodat minder water kon draineren. De kleinere stroming van water naar diepere bodemlagen in de plots met wortelbarrières reduceert stikstofuitloging. Bijlage 6 : Koolstofmodel voor een reincultuur­gerst­systeem, een populier­gerst­SAF­systeem en voor een fijnspar­gerst­SAF­systeem. Boven : het gerst­reincultuursysteem. Onder : het populier­ gerst­SAF­systeem. Rechts : het fijnspar­gerst­SAF­systeem. Voor de opstelling van deze figuren wordt verwezen naar Peichl et al., 2006 (81). Bron : (81) ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Opmerking : De assimilatiesnelheden zijn gebaseerd op optimum condities en kunnen iets hoger zijn dan echte jaarlijkse waarden (81). Bodemrespiratie is waarschijnlijk een overschatting, terwijl uitloging waarschijnlijk een onderschatting is (81). Enkel de bovenste twintig cm van de bodem werd in rekening gebracht (81). Bijlage 7 : Resultaten uit een langetermijnexperiment (opgestart in Hongarije in 1961) waarbij de effecten van zeven gewassequenties en vijf verschillende bemestingsbehandelingen bestudeerd werden op de opbrengst en opbrengststabiliteit van maïs (Zea mays L.) en tarwe (Triticum aestivum L.). Bron : gegevens uit (4). Bijlage 8 : Biofysische vergelijkingen in het Plot­SAFE model. Bron : (Plot­SAFE­model, 10, 11, 43, 117) Eenheden werden weergegeven tussen vierkante haken. [/] betekent dat er geen eenheid is. Aan de belangrijkste vergelijkingen werd een nummer toegekend, dit nummer komt terug in Bijlage 9 die de gebruikte parameterwaarden beschrijft. Het nummer bij een parameter toont aan in welke vergelijking die parameter een rol speelt. 1. Boomcomponent A) Potentiële boomgroei [ � �� ���� ] (per dag) Dit betreft de groei die enkel afhankelijk is van groeibepalende factoren, hier zijnde instraling, temperatuur en fysiologische eigenschappen van de plant, terwijl alle andere groeifactoren als optimaal voorzien beschouwd worden. Er is geen gebrek aan water of nutriënten (groeilimiterende factoren) en de plant is beschermd tegen groeireducerende factoren zoals ziekte, pesten, enz.). Deze potentiële biomassaproductie van een boom wordt per dag berekend op basis van instraling, lichtinterceptie en gebruiksefficiëntie van die instraling. ­ ­ Indien DOY ≤ DOYontluiken of DOY ≥ DOYbladval dan is er geen lichtinterceptie en geen groei Als DOYontluiken < DOY < DOYbladval dan is DOY een dag in een groeiperiode en geldt voor de toename in biomassa per boom per dag : dB� I � f� � ε� � dt ρ �1� met DOY = dag van het jaar DOYontluiken = dag van het jaar waarop bladknoppen ontluiken (parameter) DOYbladval = dag van het jaar waarbij bladval optreedt (parameter) � �� ] Bb = houtige DS­biomassa van een boom [ �� ���� I = globale (kortgolvige) instraling [ ] (inputgegeven) �² fb = fractie lichtinterceptie door de bomen (proportie van I geïntercepteerd door de bomen) [/] � �� εb = gebruiksefficiëntie van de radiatie (RUE) [ ] (parameter) ρ = boomdensiteit [ ������ ����� �² ����������� ����������� �� ] (inputgegeven) t = tijd [per dag] Hierbij wordt fb berekend (per dag) als : (2) f� � 1 � e�� �� � ���� � met kb = radiatie­extinctiecoefficiënt van de boomkruin : kb = 0.8­0.4 + 0.4* LAIb = bladoppervlakte­index [ �� ��������������� ������������� ����������� �� ��� � �� � Opmerking : oorspronkelijk werd kb als een constante parameter met waarde 0.8 aangenomen, maar dit leidde tot een overschatting van lichtinterceptie en aldus boomgroei bij lage boomdensiteiten (vb. 50 bomen/ha). Het Hi­SAFE model toonde aan dat de waarde van deze lichtextinctiecoefficient afhankelijk is van de bladoppervlakte van een individuele boom (10). Opmerking : Planten gebruiken PAR­straling, terwijl hier met globale kortgolvige instraling moet aldus ook uitgedrukt worden in gewerkt werd. De RUE (εb) � �� [ �� ��ï������������� ����������� ���������� ]. Een factor van 0.5 wordt vaak aangenomen om de hoeveelheid PAR­straling te berekenen uit de kortgolvige instraling, hoewel dit niet helemaal correct is. Enkele auteurs zoals onder andere Arkebauer et al. (1994) en Bonhomme, R. (2000) schreven artikels met betrekking tot verschillende waarden en eenheden voor de RUE. Arkebauer, T.J., et al. In defense of radiation use efficiency: a response to Demetriades­Shah Agricultural and Forest Meteorology, 68, 221­227. 1994 et al. Bonhomme, R. Beware of comparing RUE values calculated from PAR vs solar radiation of absorbed vs intercepted radiation. Field Crops Research, 68, 247­252. 2000. B) Actuele boomgroei [ � �� ���� ] (per dag) Water­ of nutriëntengelimiteerde groei treedt op wanneer water of nutriënten gedurende en deel van het groeiseizoen onvoldoende beschikbaar zijn, waardoor de groei beperkt wordt en kleiner is dan de potentiële groei (118). De actuele groei betreft aldus de groei die daadwerkelijk in het systeem optreed en bepaald wordt door klimaat, bodem, water­ en nutriëntenbeschikbaarheid, beschadiging, luchtverontreiniging, ziekten en plagen, enz. (118). Aangezien het model geen rekening houdt met nutriëntenbeschikbaarheid, beschadiging en ziekten of plagen zorgen hier enkel de mogelijks opbrengstlimiterende factor water en de fractie biomassa die nodig is voor onderhoudsrespiratie voor een verschil met de potentiële groei. De dagelijkse verandering in actuele groei wordt dan ook berekend uit de reeds berekende potentiële groei : ��� �� � potentiële groei � ω� � K ���� � B� (van de vorige dag) (3) met ωb = coëfficiënt die de respons van boomgroei op waterlimitatie beschrijft [/] : ωb = 1 ( geen reductie) ­ indien pF ≤ pFc ­ pFc < pF ≤ pFPWP : ωb = ����� � �� ����� � ��� (proportionele reductie) ­ indien pF > pFPWP : ωb = 0 (100% reductie) met pF = log (waterpotentiaal) [log(cm water)] pFc = kritische pF [log(cm water)] (parameter) pFPWP = pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm water)] (parameter) Kresp = fractie van de biomassa nodig voor onderhoudsrespiratie [/] Opmerking : het product Kresp * Bb houdt er rekening mee dat in de loop van de tijd de groeisnelheid van de boom zal afnemen (117). Buiten het groeiseizoen wordt veronderstelt dat de biomassa van een boom niet verandert (117). � �� ] (cumulatief per boom) C) Bb = Biomassa [ ���� Deze biomassa wordt per dag berekend door de actuele groei op te tellen bij de biomassa van de vorige dag. Indien er snoei plaatsvindt wordt de biomassa van de voorgaande dag vermenigvuldigt met (1­πb) B� �t � 1� � B� �t� � �1 � π�������� � � actuele groei (4) met πbiomassa =proportie van de boombiomassa die gesnoeid wordt [/] πb werd gedurende deze simulaties echter als verwaarloosbaar beschouwd. t staat voor een dag in het jaar (DOY). �³ �. Boombiomassa wordt omgerekend in termen van houtvolumes. Vb = houtvolume � ���� De omzetting van biomassa naar spilhoutvolume gebeurt via onderstaande formule : Vb = ������ � �� (5) ����� met HIhout = een oogstindex = de proportie van hout ten opzichte van de totale boombiomassa [/]. Dit kan op verschillende manieren ingevuld worden. In dit werk werd de oogstindex gebruikt om het spilhoutvolume per boom af te leiden uit de totale bovengrondse DS­biomassa. Ook kon gewerkt worden met werkhout, of kon gewoon geen oogstindex gebruikt worden zodat alle hout meegerekend werd. � ρhout = houtdensiteit [ � �³ D) Wateropname door de boom [ �³ ����� ���� ] : Wb (per dag) Wb = actuele boomgroei * γb (6) met �³ ����� γb = transpiratiecoefficiënt = hoeveelheid water nodig om 1g DS­biomassa te maken [ Wb kan met ρ vermenigvuldigt worden om een waarde in [ �² ��������������� E) LAIb : Bladoppervlakte­index [ �² ����������� ����������� �³ ����� �² ����������� ����������� � �� ] ] te bekomen. � De toename in LAI van een boom wordt berekend op basis van de bladoppervlakte per scheut en het aantal scheuten : ����� �� � ��������� �� � N� ρ (7) met N = aantal scheuten per boom LAscheut = de bladoppervlakte van een scheut [m² bladoppervlakte per scheut] Aldus kan geschreven worden : ����� �� � �� � � � �N� ρ (8) met Am= maximum bladoppervlakte per scheut op een boom [m² bladoppervlakte per scheut] A = huidige bladoppervlakte per scheut op een boom [m² bladoppervlakte per scheut] τ = tijdsconstante van het bladontvouw­proces [aantal dagen] met Am = � ��� ��� ������� met LAb max = maximum bladoppervlakte van een boom [m² per boom](parameter) LAratio = ���� ����� ������ [/] (parameter) Deze formule verschilt van deze voor de gewascomponent aangezien de dynamica verschillend is. Bladgroei bij bomen gebeurt deels via een translocatie en conversie proces van reservestoffen die opgeslagen werden aan het eind van het vorig seizoen. De variabele N hieronder beschreven geeft een indicatie van het aantal takken en opslag in het vorige seizoen (117). Het aantal scheuten per boom (N) wordt hierbij berekend als ������� � actuele groei N(t + 1) = N(t)*(1­πscheuten) + N��� * met N max ��� � ������� �² (9) = maximum aantal scheuten op een volwassen boom, berekend als �LA��� ���� � LA����� en Kshoots berekend als ��������� �� * (N��� – 1) (10) Voor πscheuten : zie snoei F) Hoogte en diameter (dbh = diameter op borsthoogte (1.3m )) De vormfactor F van een boom bepaalt de relatie tussen houtvolume (V), boomhoogte (H) en dbh. F= �� �� ��� ��� � � � Voor populier werd verondersteld dat er een constante ratio is tussen H en dbh H = σhoogte * dbh (11) Voor enkele andere boomsoorten gaat dit echter niet op en werd een modificatie ingevoerd H = σhoogte * dbh�� (12) herschikking met F en ������� levert H =( ���� ����������^��/��� ��� dbh = 100 * ( )^( �� � (13) � (14) ���� ���� ���� ������� )^( � ���� Opmerking : een dbh van 1.3m is standaard in Europa, Australië, UK en Canada. In andere gebieden zoals VS, Zuid­Afrika,enz. wordt de dbh op 1.4m gesteld (25). G) snoei Als DOY = DOYsnoei EN takvrije stamlengte + snoeihoogte is kleiner dan max. stamproportie * H (vorige dag) EN takvrije stamlengte + snoeihoogte is kleiner dan de max. stamhoogte dan wordt er gesnoeid over snoeihoogte. Indien er gesnoeid wordt dan wordt 20% van het aantal scheuten verwijderd = πsnoei (15) met snoeihoogte = de hoogte van de stam behandeld per snoeibeurt (parameter) max. stamproportie = maximale verhouding van takvrije stamlengte tot hoogte (parameter) max. stamhoogte = maximale lengte van de stam die zal gesnoeid worden (parameter) ��� H) C­sequestratie [ �� ] (cumulatief) (Bb + wortelbiomassa)( � ���� ) * 0.5 * ρb * 10 000 * � ������� (16) De wortelbiomassa wordt berekend door de bovengrondse DS­biomassa te vermenigvuldigen met RSR (root­shoot­ratio). Er wordt aangenomen dat 50% van de totale boombiomassa C is. CO2­sequestratie wordt berekend als 3.67 * C­sequestratie 2. Gewascomponent A) Potentiële gewasgroei [ � �� �² ����������� ����������� ] De potentiële biomassaproductie van het gewas wordt per dag (subscript t)berekend op basis van instraling, lichtinterceptie en gebruiksefficiëntie. ­ buiten het groeiseizoen van het betreffende gewas geldt : ­ Bij gewasontwikkeling tijdens het groeiseizoen geldt : ��� �� = Ig * fg * εg ��� �� �0 (17) met � �� Bg = bovengrondse DS­biomassa van het gewas [ �² ����������� ����������� ] �� Ig = instraling beschikbaar voor het gewas [ ] �² fg = fractie lichtinterceptie door het gewas (proportie van de instraling geïntercepteerd door het gewas) [/] εg = gebruiksefficiëntie van de radiatie [ � �� �� ] Hierbij wordt Ig berekend als Ig = I *(1 – fb) met �� I = instraling [ ] �² fb = proportie van de instraling geïntercepteerd door de bomen fg wordt berekend als fg = (1 ­ e�� �� � ���� � ) (18) met kg = de radiatie extinctiecoëfficiënt van het gewas LAIg = de LAI van het gewas [ B) Actuele gewasgroei � �² ����� ��������������� �² ����������� ����������� � �� �² ����������� ����������� ] (zie verder) ] Hier wordt rekening gehouden met de mogelijks opbrengstlimiterende factor water. ��� �� �potentiële gewasgroei * ωg (19) met ωg = coëfficiënt die de respons van de gewasgroei op waterlimitatie beschrijft [/] : ωg = 1 ­ indien pF ≤ pFc (kritische pF­waarde) ����� � �� ­ pFc < pF ≤ pFPWP : ωg = ­ indien pF > pFPWP (permanent verwelkingspunt) : ωg = 0 met pF = log (waterpotentiaal) [log (cm water)] pFc = kritische pF [log(cm water)] ����� � ��� pFPWp = pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm water)] De omrekening van biomassa naar oogst gebeurt met onderstaande vergelijking ; Yg = HIg * Bg γg = gewasoogst [ton/ha] HIg = oogstindex [/] � �� Bg = biomassa [ �² ����������� ����������� (20) � Deze biomassa wordt per dag berekend door het optellen van de actuele groei bij de biomassa van de vorige dag. De oogstindex maakt een onderverdeling naar gewasopbrengst en bijproduct van het gewas (bvb. stro). Hierbij wordt gesteld dat ongeveer 10% van de gewasbiomassa op het perceel achterblijft na oogst. De oogstindex voor kuilmais werd op 90% gesteld, rekening houdend met die 10%, aangezien kuilmaïs in het geheel als product aanzien wordt, in tegenstelling tot bijvoorbeeld graanopbrengsten bij graangewassen waarvoor een oogstindex tussen de 0.45 en 0.55 gebruikt werd. C) Wateropname door het gewas [ �³ ����� �² ����������� ����������� ] Wc = actuele groei * γg (21) met γg = transpiratiecoëfficiënt van het gewas [ D) LAI gewas [ �² ��������������� �² ����������� ����������� ����� �� �³ ����� � ������������ �� ] ] = σ * partg * ��� (22) �� met LAIg = bladoppervlakte­index van het gewas �² ��������������� σ = specifieke bladoppervlakte van het gewas [ � ���� �� ] partg = partitiecoefficiënt naar de bladeren = de proportie van de dagelijkse stijging in bovengrondse DS dat geïnvesteerd wordt in groei van de bladeren. De verdeling van DS naar de bladeren daalt lineair met gewasontwikkelingsstage volgens ; : partg = partitiebladeren S ≤ S1 � �� S1 < S ≤ S2 : partg = partitiebladeren * � �� � �� S > S2 : partg = 0 met partitiebladeren = de proportie van de bovengrondse biomassa die initieel verdeeld wordt naar de bladeren (parameter) S1 = de warmtesom waarbij partitionering van DS naar de bladeren start af te nemen S2 = de warmtesom waarbij de partitionering nul wordt E) Warmtesom �� �� = max [0, T­Tb] (23) met °� S = cumulatieve warmtesom sinds crop emergence [ � ��� T = dagelijkse gemiddelde temperatuur [°C] Tb = basistemperatuur voor fenologische ontwikkeling [°C] De functie max. neemt de maximum waarde van de argumenten. Aan de hand van de temperatuursom wordt nagegaan of er gewasontwikkeling is of niet, en kan partg berekend worden. 3. Bodemwaterdynamica Er wordt een homogene bodemdiepte veronderstelt. �� A) Volumetrisch vochtgehalte [ �� �� �� � � � � (berekend per dag) � �� � ���� � ��� � �� � �� � ���� � (24) ��� D = bodemdiepte [mm](inputgegeven) R = precipitatie [mm] (inputgegeven) Wirr = irrigatie [mm] (inputgegeven) Fgw = drainage van bodemwater onder de potentiële wortelzone [mm] Dit is afhankelijk van de pF van de bodem ; : Fgw = δ*Ks pF < pFFC : Fgw = 0 pF ≥ pFFC met pFFC = de pF­waarde bij veldcapaciteit (parameter) �� Ks = de bodemhydraulische conductiviteit bij saturatie [ � (parameter) ��� ����� � δ = 10 = hydraulische conductiviteit als een fractie van Ks met φ een parameter als relatie tussen δ en pFFC die een waarde kent tussen 1 en 4 afhankelijk van de waterdistributie. Hier werd voor δ een waarde van 0.07 gebruikt. Wg = wateropname door het gewas [mm] met Wg = actuele groei*γg*C*1000 Wb = wateropname door de bomen [mm] met Wb = actuele groei*γb*ρb*1000 Eact = actuele bodemevaporatie [mm] (25) Eact = η * Is * ωs met �� η = parameter van potentiële evaporatie [ �� �� � Is = instraling op de bodem [ � �² Is = I *C* (1­fb)* (1­ fc) + I*(1­C) *(1­fb) (26) met fb = de proportie instraling geïntercepteerd door de bomen fg = de proportie instraling geïntercepteerd door het gewas als fractie van de hoeveelheid straling ter beschikking van het gewas C = proportie gewasoppervlakte [%] ωs = een factor rekenend voor de reductie in bodemevaporatie door het uitdrogen van de bodem : ωt = 1 ­ indien pF ≤ pFc (kritische pF­waarde) : ωt = 0 ­ indien pF > pFpwp (permanent verwelkingspunt) : ωt = ­ anders ����� � �� ����� � ���� Is het bodemvochtgehalte hoger dan het gesatureerd vochtgehalte, dan wordt de waarde van het gesatureerd vochtgehalte aangenomen. Bodemvochtgehalte wordt vaak uitgedrukt als bodemwaterspanning, als zijnde de kracht waarmee de bodemmatrix water vasthoudt. pF­waarden worden berekent uit de bodemwaterspanning ψ via pF = log10(ψ) waarbij ψ uitgedrukt is in [cm waterspanning]. θ en ψ staan in relatie met elkaar via de Van Genuchten vergelijking. θ = θr + (θgesatureerd – θr) * ( � ������� �^m (27) met �³ θs = bodemvochtgehalte bij saturatie [ ] �³ �³ θpwp = bodemvochtgehalte bij permanent verwelkingspunt [ ] �³ ψ = bodemwaterspanning [cm water] en α, m en n als bodemspecifieke parameters B) Evapotranspiratie [mm] (cumulatief) Dit wordt berekend door de wateropname van bomen en gewassen op te tellen alsook de evaporatie erbij op te tellen. Bijlage 9 : Parameters en hun waarden gebruikt tijdens de simulaties. De vijfde kolom geeft een verwijzing naar referenties waarop de waarde gebaseerd is. Die referenties worden weergegeven in Bijlage 10. Kolom zes geeft aan in welke vergelijking uit Bijlage 8 de parameters een rol vervullen. Parameter DOYplant1 DOYoogst DOYontluiken DOYbladval LA��� ���� LA ����� τb εb (RUE) sitefactor pFc (boom) pFPWP (boom) Kresp Biomassa05 πbiomassa6 N0 πsnoei γb (WUE) HIhout Betekenis Eenheid Populier (Populus spp.) dag van het jaar waarop bomen aangeplant worden dag van het jaar waarop bomen geoogst worden dag van het jaar waarop de knoppen ontluiken dag van het jaar waarop bladval optreed maximale bladoppervlakte van een boom de ratio van het maximaal aantal scheuten op een boom en de maximale bladoppervlakte per scheut tijdconstante van het bladontvouwproces stralingsgebruiksefficiëntie (RUE = radiation use efficiency) aantal g DS geproduceerd per eenheid geintercepteerde korte­golf instraling factor die εb beïnvloedt gedurende calibratie kritische pF­waarde3 pF bij permanent verwelkingspunt4 fractie biomassa nodig voor onderhoudsrespiratie (per dag) initiële biomassa van een boom bij aanplant proportie biomassa verwijderd bij een snoeibeurt initieel aantal scheuten van een boom bij aanplant proportie scheuten verwijderd per snoeibeurt transpiratiecoëfficient (water use efficiency) hoeveelheid water nodig per geproduceerde g DS ratio van spilhout tot totale bovengrondse boom DS­biomassa Waarde op basis van verg. [/] [/] [/] [/] [m²/boom] [/] 2 (2 januari) 300 (27­28 oktober) 100 300 500 200 000 51, 52, 53, 65, 60 2, 3 1, 2, 3, 5, 33 1, 2, 3, 5 2, 3, 4, 5 2, 3, 4, 5 1 1 1 1 8, 9, 10 8, 9, 10 [dagen] [g DS/MJ] 10 1.2 2, 3, 4, 5 2, 3, 4, 11, 12, 34, 35, 36, 49 8 1 [/] [log(cm)] [log(cm)] [/] 1 4 4.2 0.0001 2, 3, 4, 5 1, 2, 3, 4, 5 3, 5, 23, 24, 54 3, 4, 5 1 3 3 3 [g/boom] [/] [aantal scheuten] [/] [m³/g DS] 100 0 0.6225 0.20 calibratie 0.00038 1, 2, 3, 4, 5 1, 2, 3 1, 2, 3, 4, 5 51, 53, 65 2, 3, 4, 5, 39, 46, 51 4, 10 4 9, 10 9 6 [/] calibratie 0.64 4, 5, 45, 46, 49, 61 5 ρhout houtdensiteit σhoogte dsigma/density ratio van hoogte tot diameter op borsthoogte (dbh) respons van hoogte­diameter verhouding op densiteit vormfactor correctiefactor bij relatie H en dbh ratio van maximale kroonbreedte naar kroondiepte dag van het jaar waarop gesnoeid wordt lengte nieuwe takvrije stam gecreëerd per snoeibeurt max. verhouding van takvrije stamlengte tot hoogte F ap ratiokroon DOYsnoei snoeihoogte max. stamproportie max. stamhoogte RSR maximale takvrije stamlengte scheut­wortel verhouding [g/m³] 380 000 1, 2, 3, 4, 5, 49, 55 5 [/] [/] 68.556 0 2, 3, 5 2, 3, 5 11, 12 11 [/] [/] [/] [/] [m] 0.37 1 0.6 150 1.5 2, 3, 5, 57 2, 3 2 1, 51 2, 3, 5 13, 14 12, 13, 14 [/] 0.5 2, 3, 5, 53, 56, 65 15 [m] [/] 6 0.25 1, 2, 3, 5 37, 38, 40 15 16 15 15 1 : Oorspronkelijk werd hiervoor dag 310 van het jaar (7 november) aangenomen, maar vanwege de eenvoud van de modellering werden bomen aangeplant op dag twee van het jaar (2 januari). 3 : De kritische pF is de pF­waarde waarboven groei gelimiteerd wordt wegens waterlimitatie. 4 : De pF bij permanent verwelkingspunt is de pF­waarde waarboven groei stopt wegens gebrek aan water voor de plant. Het water wordt namelijk zo sterk door de bodem vastgehouden dat het niet voor de plant beschikbaar is. 5 : Populieren worden in de bosbouw vaak geplant als poten. Dit zijn blad­ en wortelloze stukken stengel van 4 à 5 m lang en diameter van 2.5 tot 4cm op 1m ��������� hoogte voor tweejarige poten. Echter omwille van het behouden van de verhouding bij de berekening van Kshoots werd een waarde van 100g � � behouden. 6 : Het verlies aan biomassa vanwege snoei werd als verwaarloosbaar beschouwd Parameter partitiebladeren pFc pFPWP Tthreshold Tsom RB Betekenis Eenheid Wintertarwe (Triticum spp.) partitie van de aangemaakte biomassa die geïnvesteerd [/] wordt in bovengrondse fotosynthetiserende componenten (bladeren) en aldus bijdraagt tot de LAI kritische pF­waarde [log(cm)] pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm)] minimale drempeltemperatuur voor gewasontwikkeling [°C] waarde op basis van vgl 0.8 2, 3, 4, 5 22 2.9 4.2 5 1, 2, 3, 4, 5 2, 3, 5, 23, 24, 54 2, 3, 5, 6, 28, 65 19 19 23 [°C] 655 2, 3, 4, 5 22 [°C] 685 2, 3, 4, 5 22 [°C] [°C] [/] [/] 57 1450 24­25 oktober 228 (16­17 augustus) 2, 3, 4, 5, 30, 65 2, 3, 4, 5, 6, 30, 65 1, 6, 8, 14, 19, 29, 65 1, 19, 65 17 17 17 17 [/] [g DS/MJ] 0.7 1.34 18 17 [g/m²] [m²/m² silvoarable oppervlakte] [m² / g] 16 0.1 2, 3, 4, 5, 65, 10, 25 2, 3, 4, 5, 9, 11, 12, 13, 65, 25, 26, 27, 31, 58 1, 2, 3, 6, 65, 19, 28, 29, 30 2, 3, 4, 5 0.0065 2, 3, 5, 30, 59 22 calibratie 0.00033 calibratie 0.50 1 2, 3, 4, 5, 6, 9, 30, 46, 51, 59 21 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 26, 30, 46, 59 20 kg εg (RUE) temperatuursom vanaf wanneer partitionering naar de bladeren begint af te nemen temperatuursom waarbij de partitionering naar de bladeren nul wordt temperatuursom waarbij veldopkomst temperatuursom waarbij oogst plaatsvindt dag waarop gezaaid wordt dag waarop geoogst wordt (indien Tsom ontwikkeling nog niet werd bereikt) radiatie­extinctiecoëfficiënt gebruiksefficiëntie van de radiatie(radiation use efficiency) biomassagewas0 LAgewas0 initiële biomassa (zaaihoeveelheid) initiële bladoppervlakte σg (SLA) γg (WUE) specifieke bladoppervlakte (specific leaf area) hoeveelheid bladoppervlakte geproduceerd per eenheid DS transpiratiecoëfficiënt (water use efficiency) HIg oogstindex (harvest index) [/] sitefactor factor die εg beïnvloedt bij calibratie [/] Tsom RE Tsom ontwikkeling Tsom oogst DOYzaai DOYoogst [m³/g] 20 22 17 Parameter kg εg Eenheid Wintergerst (Hordeum vulgare L.) partitie van de aangemaakte biomassa die geïnvesteerd [/] wordt in bovengrondse fotosynthetiserende componenten (bladeren) en aldus bijdraagt tot de LAI kritische pF­waarde [log(cm)] pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm)] minimale drempeltemperatuur voor gewasontwikkeling [°C] temperatuursom vanaf wanneer partitionering naar de [°C] bladeren begint af te nemen temperatuursom waarbij de partitionering naar de [°C] bladeren nul wordt temperatuursom waarbij veldopkomst [°C] temperatuursom waarbij oogst plaatsvindt [°C] dag waarop gezaaid wordt [/] dag waarop geoogst wordt (indien Tsom ontwikkeling nog niet [/] werd bereikt) radiatie­extinctiecoëfficiënt [/] gebruiksefficiëntie van de radiatie(radiation use efficiency) [g DS/MJ] biomassagewas0 initiële biomassa (zaaihoeveelheid) LAgewas0 initiële bladoppervlakte σg γg specifieke bladoppervlakte (specific leaf area) hoeveelheid bladoppervlakte geproduceerd per eenheid DS transpiratiecoëfficiënt (water use efficiency) HIg1 oogstindex (harvest index) [/] sitefactor factor die εg beïnvloedt bij calibratie [/] partitiebladeren pFc (gewas) pFpwp (gewas) Tthreshold Tsom RB Tsom RE Tsom ontwikkeling Tsom oogst DOYzaai DOYoogst Betekenis waarde op basis van vgl 0.8 2, 3, 5 22 2.9 4.2 5 655 2, 3, 5 1, 2, 3, 5, 23, 24, 54 2, 3, 5, 28, 65 2, 3, 5 19 19 23 22 685 2, 3, 5 22 57 1450 15­16 oktober 228 (14­17 augustus) 2, 3, 5 2, 3, 5, 19 1, 65, 19 1, 65, 19 17 17 17 17 0.7 1.2 18 17 [g/m²] 12.5 (6­rijig) 2, 3, 5 2, 3, 5, 11, 12, 13, 20, 21, 22, 26, 31, 58, 48 1, 2, 3, 65, 19, 21, 28 [m²/m² silvoarable oppervlakte] [m² / g] 0.1 2, 3, 5 22 0.0065 2, 3, 5, 59 22 calibratie 0.00033 calibratie 0.52 1 5, 59 21 1, 2, 3, 5, 26 20 [m³/g] 20 17 Parameter γg Eenheid Kuilmaïs (Zea mays spp.) partitie van de aangemaakte biomassa die geïnvesteerd [/] wordt in bovengrondse fotosynthetiserende componenten (bladeren) en aldus bijdraagt tot de LAI kritische pF­waarde [log(cm)] pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm)] minimale drempeltemperatuur voor gewasontwikkeling [°C] temperatuursom vanaf wanneer partitionering naar de [°C] bladeren begint af te nemen temperatuursom waarbij de partitionering naar de [°C] bladeren nul wordt temperatuursom waarbij veldopkomst [°C] temperatuursom waarbij oogst plaatsvindt [°C] dag waarop gezaaid wordt [/] dag waarop geoogst wordt (indien Tsom ontwikkeling nog niet [/] werd bereikt) radiatie­extinctiecoëfficiënt [/] gebruiksefficiëntie van de radiatie(radiation use efficiency) [g DS/MJ] initiële biomassa (zaaihoeveelheid) [g/m²] initiële bladoppervlakte [m²/m² silvoarable oppervlakte] specifieke bladoppervlakte (specific leaf area) [m² / g] hoeveelheid bladoppervlakte geproduceerd per eenheid DS transpiratiecoëfficiënt (water use efficiency) [m³/g] HIg1 oogstindex (harvest index) [/] sitefactor factor die εg beïnvloedt bij calibratie [/] partitiebladeren pFc (gewas) pFpwp (gewas) Tthreshold Tsom RB Tsom RE Tsom ontwikkeling Tsom oogst DOYzaai DOYoogst kg εg biomassagewas0 LAgewas0 σg Betekenis waarde op basis van vgl 0.8 2, 3 22 2.9 4.2 8 1025 2, 3 2, 3, 23, 24, 54 2, 3, 65, 18, 28, 65 2, 3 19 19 23 22 1190 2, 3 22 57 1650 114 (24­25 april) 287 (14­15 oktober) 2, 3 2, 3, 65, 30 1, 15, 17, 19, 58, 60, 16 1, 65, 15, 19, 30, 60, 16, 15 17 17 17 17 0.7 1.4 3.5 0.1 2, 3, 17, 58 2, 3, 11, 12, 13, 17, 27, 31, 58 1, 15, 28 2, 3 18 17 20 22 0.007 2, 3 22 calibratie 0.00027 calibratie 0.90 1 2, 3, 65, 30, 46, 51, 59, 46 21 1, 2, 3, 17, 19, 46 20 17 Parameter Betekenis Eenheid waarde op basis van vgl Erwt (Pisum sativum L.) partitiebladeren partitie van de aangemaakte biomassa die geïnvesteerd [/] 0.70 22 wordt in bovengrondse fotosynthetiserende componenten (bladeren) en aldus bijdraagt tot de LAI pFc (gewas) kritische pF­waarde [log(cm)] 2.9 2 19 pFpwp (gewas) pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm)] 4.2 23, 24, 54 19 Tthreshold minimale drempeltemperatuur voor gewasontwikkeling [°C] 4.5 28, 65, 60 23 1 Tsom RB temperatuursom vanaf wanneer partitionering naar de [°C] 20000 22 bladeren begint af te nemen Tsom RE temperatuursom waarbij de partitionering naar de [°C] 200001 22 bladeren nul wordt Tsom ontwikkeling temperatuursom waarbij veldopkomst [°C] 35 17 Tsom oogst temperatuursom waarbij oogst plaatsvindt [°C] 860 1, 19 17 DOYzaai dag waarop gezaaid wordt [/] 104 (14­15 april) 1, 65, 19, 29 17 DOYoogst dag waarop geoogst wordt (indien Tsom ontwikkeling nog niet [/] 190 (9­10 juli) 1, 65, 19 17 werd bereikt) kg radiatie­extinctiecoëfficiënt [/] 0.7 25 18 εg gebruiksefficiëntie van de radiatie(radiation use efficiency) [g DS/MJ] 1.2 11, 12, 13, 25, 58 17 biomassagewas0 initiële biomassa (zaaihoeveelheid) [g/m²] 22.5 1, 19, 65, 28, 29 20 LAgewas0 initiële bladoppervlakte [m²/m² silvoarable 0.1 22 oppervlakte] σg specifieke bladoppervlakte (specific leaf area) [m² / g] 0.0065 22 hoeveelheid bladoppervlakte geproduceerd per eenheid DS γg transpiratiecoëfficiënt (water use efficiency) [m³/g] calibratie : 0.00033 59 21 HIg1 oogstindex (harvest index) [/] calibratie : 0.52 22, 19 20 sitefactor factor die εg beïnvloedt bij calibratie [/] 1 17 1 : Hierover werden geen waarden teruggevonden in de literatuur. Deze grote waarden werden aangenomen, zodat geen rekening gehouden werd met verandering in de partitionering. Parameter Betekenis Eenheid waarde op basis van vgl Spinazie (Spinacia oleracea L.) partitiebladeren partitie van de aangemaakte biomassa die geïnvesteerd [/] 0.85 22 wordt in bovengrondse fotosynthetiserende componenten (bladeren) en aldus bijdraagt tot de LAI pFc (gewas) kritische pF­waarde [log(cm)] 2.9 2 19 pFpwp (gewas) pF bij permanent verwelkingspunt [log(cm)] 4.2 23, 24, 54 19 Tthreshold minimale drempeltemperatuur voor gewasontwikkeling [°C] 3 23 1 Tsom RB temperatuursom vanaf wanneer partitionering naar de [°C] 20000 22 bladeren begint af te nemen Tsom RE temperatuursom waarbij de partitionering naar de [°C] 200001 22 bladeren nul wordt Tsom ontwikkeling temperatuursom waarbij veldopkomst [°C] 57 17 2 Tsom oogst temperatuursom waarbij oogst plaatsvindt [°C] 20000 17 DOYzaai dag waarop gezaaid wordt [/] 116 (26­27 april) 1, 19, 47 17 DOYoogst dag waarop geoogst wordt (indien Tsom ontwikkeling nog niet [/] 196 (15­16 juni) 1, 19, 47 17 werd bereikt) kg radiatie­extinctiecoëfficiënt [/] 0.75 18 εg gebruiksefficiëntie van de radiatie(radiation use efficiency) [g DS/MJ] 0.5 11, 12, 13, 58 17 biomassagewas0 initiële biomassa (zaaihoeveelheid) [g/m²] 3.5 1,19, 47 20 LAgewas0 initiële bladoppervlakte [m²/m² silvoarable 0.1 22 oppervlakte] σg specifieke bladoppervlakte (specific leaf area) [m² / g] 0.015 22 hoeveelheid bladoppervlakte geproduceerd per eenheid DS γg transpiratiecoëfficiënt (water use efficiency) [m³/g] calibratie : 0.0004 19, 59 21 HIg1 oogstindex (harvest index) [/] calibratie : 0.6 19 20 sitefactor factor die εg beïnvloedt bij calibratie [/] 1 17 1 : Hierover werden geen waarden teruggevonden in de literatuur. Deze grote waarden werden aangenomen, zodat geen rekening gehouden werd met verandering in de partitionering. 2 : Oogst gebeurde op dag van de oogst, zonder rekening te houden met het eventueel overstijgen van een temperatuursom. Heel wat aannames werden gemaakt voor spinazie. Parameter Betekenis %OM in bodem gehalte aan OM θ0 initieel bodemvochtgehalte θgesatureerd θr α gesatureerd volum. watergehalte residueel volum. watergehalte parameter in Mualem ­ Van Genuchten vergelijking parameter in Mualem ­ Van Genuchten vergelijking parameter in Mualem ­ Van Genuchten vergelijking potentiële evaporatie kritsche pF voor evaporatie, pF bij veldcapaciteit pF bij permanent verwelkingspunt bodem hydraulische conductiviteit bij veldcapaciteit n m η pFFC pFpwp Ks pFpwp startjaar irrigatie startdag irrigatie eindjaar irrigatie einddag irrigatie frequentie irrigatie hoeveelheid irrigatie startjaar irrigatie startdag irrigatie eindjaar irrigatie einddag irrigatie frequentie irrigatie hoeveelheid irrigatie Eenheid Bodem [%] waarde op basis van 2 7, 9, 14 [mm/mm] 0.342 2, 5, 62 27 [mm/mm] [mm/mm] [/] 0.439 0.01 0.0314 2, 3, 5, 62 62 2, 3, 5, 62 27 27 27 [/] 1.1804 2, 3, 5, 62 27 [/] 0.1528 2, 3, 5, 62 27 [mm / MJ * dag] [log(cm)] 0.15 2.3 2, 3, 5 2, 3, 5 27 24 [log (cm)] [mm/dag] 4.2 120.61 2, 3, 5 2, 3, 5, 62 24 24 [log(cm)] 4.20 invoeren in model invoeren in model invoeren in model invoeren in model invoeren in model invoeren in model 2, 3, 5 24 24 24 24 24 24 24 [dagen] [mm/dag] vgl Bijlage 10 : Referenties bij de gekozen parameterwaarden. De cijfers zijn diegene die gebruikt werden in de tabellen van Bijlage 9. Cijfer Naam Titel 1 2 Contactpersonen Burgess et al. 3 4 Burgess et al. Van der Werf et al. 5 Graves et al. 6 7 Darwinkel A. Zhang et al. 8 9 10 Riffkin et al. Caviglia O.P., Sadras V.O. Lunagaria M.M., Shekh A.M. 11 Bonhomme, R. 12 13 14 Arkebauer et al. Medlyn B. Li et al. 15 16 17 18 19 Coomans, D. en Rombouts, G. Coomans, D. et al. Lindquist Bunting, B.S. POVLT (het provinciaal persoonlijke communicatie. Deliverable 6.1 : parameterisation of the Yield­SAFE model and its use to determine yields at the landscape test sites. Description of plot­SAFE Version 0.3. Working document. Yield­SAFE: a parameter­sparse, process­based dynamic model for predicting resource capture, growth, and production in agroforestry systems. Implementation and calibration of the parameter­sparse Yield­SAFE model to predict production and land equivalent ratio in mixed tree and crop systems under two contrasting production situations in Europe. Teelthandleiding wintertarwe. Dry matter, harvest index, grain yield and water use efficiency as affected by water supply in winter wheat. Growth attributes for higher wheat yields in the high rainfall zone of south­western Victoria. Effect of nitrogen supply on crop conductance, water­ and radiation­use efficiency of wheat. Radiation interception, light extinction coefficient and leaf area index of wheat crop as influenced by row orientation and row spacing. Beware of comparing RUE values calculated from PAR vs solar radiation or absorbed vs intercepted radiation. In defense of radiation use efficiency : a response to Demetriades­Shah et al (1992). Physiological basis of the light use efficiency model. Biomass accumulation and radiation use efficiency of winter wheat under deficit irrigation regimes. vroeg zaaien kuilmaïs : loont het de moeite ? presentatie : Ruwvoederwinning met focus op ruwvoederplanning en maïsteelt. Maize radiation use efficiency under optimal growth conditions. Forage maize. Onderzoeksverslagen. Jaar 2005 2004 2007 2010 1997 2008 2000 2006 2000 1994 1997 2009 2008 2005 1978 2000­2009 20 21 22 23 24 25 onderzoeks­ en voorlichtingscentrum voor land­ en tuinbouw Goyne et al. Jamieson et al. Lecoeur, J. en Sinclair, T.R. D’Haemer Karlien Vandelanotte Stijn Connell et al. 26 27 Gallagher, J.N. en Biscoe, P.V. Kiniry et al. 28 29 30 Winch Tony Pigé et al. Sun et al. 31 32 Schapendonk et al. 33 34 Van Slycken et al Kiniry J.R. 35 36 37 Cannell Ceulemans et al. Palma et al. 38 39 IPCC Yin et al. 40 Yang Y. en Yiqi L. Radiation interception, radiation use efficiency and growth of barley cultivars. Drought effects on biomass production and radiation­use efficiency in barley. Harvest index increase during seed growth of field pea. Irrigatie en K­fertigatie bij peer cv. Conférence. Fytotechniek en ecologie. Interception of photosynthetically active radiation and radiation­use efficiency of wheat, field pea and mustard in a semi­arid environment. Radiation absorption, growth and yield of cereals. Radiation­use efficiency in biomass accumulation prior to grain­filling for five grain­crop species. Growing food : a guide to food production. Praktijkgids Biologische akkerbouw. Effects of harvest and sowing time on the performance of the rotation of winter wheat – summer maize in the North China Plain. crop physiology : PBIO*3110 : Lecture 2. Effecten van klimaatsverandering op fysieke en economische opbrengst van een aantal landbouwgewassen. De nieuwe IBW­klonen ‘Muur’, ‘Vesten’, ‘Oudenberg’ en ‘Grimminge’. Biomass accumulation and radiation use efficiency of honey mesquite and eastern red cedar. Light use efficiency and woody biomass production of poplar and willow. Dry mass production and solar radiation conversion effiency of poplar clones. Methodological approach for the assessment of environmental effects of agroforestry at the landscape scale. Revised 1996 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories. Early growth, dry matter allocation and water use efficiency of two sympatric Populus species as affected by water stress. Isometric biomass partitioning pattern in forest ecosystems : evidence from temporal .observations during stand development. 1993 1995 2001 2008 2004 1977 1989 2006 2005 2006 1997 1998 1988 2007 2005 2011 41 Schmutz et al. 42 Dong et al. 43 44 45 Tajnsek, A. Jorgenson, U. en Schelde, K. Singh et al. 47 48 49 Callemein E. Monteith, J.L. Liberloo et al. 51 52 53 54 55 56 58 59 60 61 Den Ouden et al. Verheyen, K. en Lust, N. Verheyen, K. De Neve, S. en Hoffman, G. Van Acker, J. Dupraz en Liagre Reheul, D. Reheul, D. Reheul, D. Peichl et al. 62 65 Wösten et al. Internetsites Response of poplar to ozone alone and in combination with NO2 at different nitrogen fertilization levels. Nitrogen mobilization, nitrogen uptake and growth of cuttings obtained from poplar stock plants grown in different N regimes and sprayed with urea in autumn. Abstract. (Book chapter). Energy crop water and nutrient use efficiency. Clonal variability in photosynthetic and growth characteristics of Populus deltoides under saline irrigation. presentatie spinazie . Climate and the efficiency of crop production in Britain. Woody biomass production during the second rotation of a bio­energy Populus plantation increases in a future high CO2 world. Bosecologie en bosbeheer. Cursus bos­ en houtkunde. Cursus bosbouw. Cursus bodemkunde. Cursus houtanatomie. Agroforesterie : des arbres et des cultures. Cursus duurzame productiesystemen. Cursus plantkunde II. Cursus plantaardige productiesystemen. Carbon sequestration potentials in temperate tree­based intercropping systems, southern Ontario, Canada. Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. www.kennisakker.nl, www.fao.org, www.usask.ca, www.agroatlas.ru, www.apesimulator.it, nl.wikipedia.org, www.beusekom­dressagehorses.nl, www.limagrain.be, www.vtip.be www.populierenland.com, www.ag.ndsu.edu, www.nationalebomenbank.nl, www.inbo.be, www.klimaatenlandbouw.wur.nl 1995 2004 2004 1999 1977 2006 2010 2008 2006 1999 Bijlage 11 : Bodem van perceel H te Melle. Bron : (119). Moormann, F. en Van Ruymbeke, M. beschrijven de bodem op perceel H als bestaande uit vier verschillende types. BS1 (groen) : lemig zand tot zandig leem overgaan op zandiger materiaal (op minder dan 70cm bodemdiepte). BS1 wordt omschreven als periodiek vochtige grond met een lage waterhoudende capaciteit. BS2 (rood) : lemig zand tot zandig leem (overgang op meer dan 70cm bodemdiepte). BS3 (geel) : lemig zand tot zandig leem op minder dan 70cm diepte overgaand op zwaarder lemig materiaal. BS2 en BS3 worden omschreven als perodiek vochtige grond met een hoge tot middelmatige waterhoudende capaciteit. K (blauw) : Periodiek natte grond met een tijdelijk hoge grondwaterstand tengevolge van een ondoorlatende ondergrond. Bijlage 12 : Enkele gecommercialiseerde populierencultivars. Bron : www.inbo.be Euramerikaanse hybriden Interamerikaanse hybriden Terugkruising Oude euramerikaanse hybriden worden verzameld onder de naam ‘Populus x euramericana Guinier cv. ‘…’ ‘, waarbij de naam van de betreffende cultivar komt te staan. ‘Populus x euramericana Guinier cv. Robusta wordt bijvoorbeeld als een van de belangrijkste oude klonen beschouwd. Bijlage 13 : Boomplantverband 15*8m met inbegrip van keerzone.Een 10.5m brede strook wordt vrijgehouden aan elke perceelrand rekening houdend met een 10m benodigde breedte voor machines, en 0.5m vanwege de afstand tot het middenpunt van een boomstam. Bij een veronderstelde keerzone van 10m aan alle zijden, zijn er nog 66 bomen per ha aanwezig. Bijlage 14 : Vergelijkingen ter berekening van stikstofuitloging. Berekeningen werden gemaakt op basis van vergelijkingen en parameters beschreven door Palma et al. (80). Nuitloging = 4.43 * Nbalans * EF (80 ­> Feldwisch°) met Nbalans = stikstofbalans [ �� � ������� (1) ] EF = jaarlijkse bodemwater uitwisselingsfactor [/] De stikstofbalans wordt berekend als het verschil van Ninput en Noutput en wordt aldus berekend als (Napplicatie + Adepositie + Fbiotisch) ­ ( D + V*Napplicatie + Nopname totaal) (2) met Napplicatie = stikstofbemesting [ �� � ������� Adepositie = atmosferische depositie [ Fbiotisch = biotische stikstoffixatie [ D = denitrificatie [ �� � ������� � �� � ������� �� � ������� � � � V = fractie van de toegediende stikstof die via volatilisatie uit het systeem verdwijnt [%] Nopname totaal = Nopname gewas + Nopname bomen � �� � ������� � Nopname gewas wordt berekend als (3) (Yg*Ngehalte opbrengst + Yg2*Ngehalte bijproduct)*1000 met Yg de gewasopbrengst [ton/ha], Yg2 het bijproduct [ton/ha], Ngehalte opbrengst het stikstofgehalte van de gewasopbrengst [%] en Ngehalte bijproduct het N­gehalte van het bijproduct [%]. Nopname bomen wordt berekend als (4) bovengrondse boombiomassa * Ngehalte bovengronds met Ngehalte bovengronds het stikstofgehalte in de bovengrondse DS­boombiomassa. De N­opname van de bomen werd omgerekend naar N­opname per jaar door na te gaan hoeveel bovengrondse DS­biomassa gevormd werd in een jaar. Wanneer een ideale bemesting wordt toegepast, waarmee bedoeld wordt dat exact de hoeveelheid N toegediend wordt die de gewassen nodig hebben, dan wordt Napplicatie berekend als �������������� ����� � met β de fractie van de toegediende stikstof die effectief door het gewas wordt opgenomen. Bij N­applicatie wordt geen rekening gehouden met de stikstofbehoefte van de bomen. EF werd berekend op basis van het bodemvochtgehalte bij veldcapaciteit (FC) [mm] en de jaarlijkse stroming naar het grondwater (Fgw) [mm] (80). Fgw werd hierbij berekend op basis van gesimuleerde stromingen naar diepere bodemlagen (zie Bijlage 8). ­ als Fgw ≥ FC, dan is EF = 1 ­ als Fgw < FC dan is EF = ��� �� Bijlage 15 : Parameters gebruikt bij de berekening van stikstofuitloging. Kolom vijf bevat een cijfer dat verwijst naar een referentie. Deze cijfers verwijzen naar dezelfde referenties als van de literatuurstudie die zich bevinden achteraan dit werk in sectie 5. De laatste kolom verwijst naar de vergelijking uit Bijlage 14 waarin de parameter voorkomt. Parameter Adepositie atmosferische stikstofdepositie Eenheid Stikstof [kg N/ ha*jaar] Fbiotisch Biotische stikstoffixatie [kg N/ ha*jaar] D denitrificatie [kg N/ ha*jaar] erwt : 38.25* andere gewassen : 0 30 V [%] 5 80 ­> Van Keulen et al.° [%] 65 80 Nopbrengst fractie van de N­applicatie die via volatilisatie uit het systeem verdwijnt fractie van de toegediende stikstof dat effectief opgenomen wordt door de planten stikstofgehalte in de gewasopbrengst [%] 1 80 ­> Van Keulen et al° 3 Nbijproduct stikstofgehalte in het bijproduct [%] 0.4 80 ­> Van Keulen et al° 3 Nbovengronds stikstofgehalte in bovengrondse boombiomassa [%] 0.66 37, 80 4 Nondergronds stikstofgehalte in ondergrondse boombiomassa [%] 0.41 38, 80 4 β Betekenis Waarde Op basis van Vgl 37 140 2 * 2 80 2 2 *Cijfers voor stikstoffixatie van erwt variëren sterk, en zijn mede­afhankelijk van bodem­ en omgevingsfactoren. Een waarde van 38.25 werd hier aangenomen. Bijlage 16 : Artikels over het tekort aan populierenhout. Boven : bron : (137). Onder : bron : http://www.sectorlink.be 18/02/2011 Bijlage 17 : Artikel over het eerste Vlaamse agroforestry­proefperceel. Bron : (137). 16/03/2011 5. Verklarende woordenlijst Een woordenlijst van de minder frequente woorden die te lang waren om in de voetnoten te verklaren. De cijfers bij de bronvermelding verwijzen naar de referenties (sectie 5). Indien nog een andere bron werd gebruikt, dan staat die bron zelf bij het woord vermeld. De woorden staan alfabetisch gerangschikt. Aanplantingen : aanplantingen in bosbouwcontext duiden op bossen die gericht zijn op de productie van een zo groot mogelijke hoeveelheid hout op een zo kort mogelijke tijd aan een zo laag mogelijke kost. Deze doelstelling tracht men vaak te realiseren door gebruikt te maken van snelgroeiende, veredelde (licht­)boomsoorten die aangeplant worden in homogene bestanden met een ruim plantverband, die intensief verpleegd worden en kaalgeslagen worden op het einde van de bedrijfstijd. (121). Actuele productie : deze wordt berekend uit potentiële productie door wat als mogelijke opbrengstlimiterende factor in rekening te brengen. (Zie ‘potentiële productie’ in deze lijst). Apicultuur : bijenteelt. Aquacultuur : het houden van aquatische organismen in kunstmatige vijvers en bassins om deze vervolgens te kunnen verhandelen. Arbusculaire mycorrhizae : deze schimmels groeien initieel tussen plantencellen van de waardplant, maar dringt nadien door de celwand en groeit dan binnenin de plantencellen. Deze mycorrhizae vormen vertakte structuren (arbuscules) in de cortex cellen (buitenste cellen) van plantenwortels. Arbusculaire mycorrhizae behoren tot de endomycorrhizae (44, 91). Areïeke volume : som van alle boomvolumes in een bestand uitgedrukt in m³/ha. (50). Arthropoda : Geleedpotigen. Groep van insecten. Tot de Arthropoda behoren onder andere de insecten, de spinachtigen, de kreeftachtigen en de duizendpotigen (duizend­ en miljoenpoten). Biodiversiteit : biodiversiteit of biologische diversiteit is een begrip voor de graad van verscheidenheid aan levensvormen (soorten, genen,...) binnen een gegeven ecosysteem, bioom of een gehele planeet. In het biodiversiteitsverdrag afgesloten te Rio in 1992 werd biodiversiteit gedefinieerd als ; ‘De verscheidenheid tussen alle mogelijke levende wizens die leven in terrestrische, mariene en andere aquatische ecosystemen of in ecologische complexen waarvan de voornoemde ecosystemen deel uit maken. Biodiversiteit behelst zowel diversiteit binnen soorten, tussen soorten en tussen ecosystemen.' Bron : (90), Text of the Convention on Biological Diversity : http://www.cbd.int/convention/text/. Bodemwaterpotentiaal : dit wordt omschreven als de potentiële energie van water in referentie met vrij water aan het bodemoppervlak (onder atmosferische druk). Water beweegt langs een gradiënt van hoge naar lagere potentiële energie. De potentieel is afhankelijk van gravitationele krachten, adsorptiekrachten, enz. (23, 111). Boniteit : een maatstaf die de kwaliteit van de groeiplaats voor een bepaalde boomsoort weerspiegelt. Het geeft de groeipotentie weer van een bepaalde boomsoort op een bepaalde standplaats. De relatieve boniteit is een indelig waarbij boniteit I staat voor de beste groei in het betreffende gebied. (24, 50). Boomaanplanting : (zie ‘aanplantingen’ in deze lijst). CAP = Common Agricultural Policy : een systeem voor ondersteuningsprogramma’s en de regeling van subsidies voor landbouw op niveau van de Europese Unie. Dit beleid trad in werking in 1962. http://www.iatp.org/iatp/publications.cfm?refid=100145 http://www.civitas.org.uk/eufacts/FSPOL/AG3.htm CO2-equivalent : Een meeteenheid die gebruikt wordt om het opwarmend vermogen (GWP = Global Warming Potential) van broeikasgassen weer te geven. CO2 wordt hierbij als referentiegas beschouwd zodat de GWP van een gas relatief uitgedrukt wordt ten opzichte van CO2 (CO2 heeft dus een GWP­waarde van 1)(zie ‘GWP’ in deze lijst). (Ronsse, F. Cursus procestechniek.). Corridors in het landschap : natuurelementen die habitatplaatsen die geschikt zijn voor een soort (gedeeltelijk) verbinden en migratie van de soort mogelijk maken. De corridors zijn minder ongeschikt als habitat dan de rest van de omgeving. Bron : Verheyen, K. Cursus ecotechnique and nature Construction. Cultivar : cultivar staat voor een plantenvariëteit die in cultuur werd gebracht zonder evenwel te verwijzen op de aard van vermenigvuldiging. Een cultivar is tegengesteld aan een wilde vorm. (120). Denitrificatie : een reductieproces waarbij nitraat via bacteriën gereduceerd wordt tot stikstofgas (N2)en lachgas (N2O). Dunning : door middel van dunning beïnvloedt de beheerder de concurrentieverhoudingen tussen bomen in een bos om bosontwikkeling in de gewenste richting te sturen. Het betreft het verwijderen van minder waardevolle elementen met als doel om meer groeiruimte te creëren voor betere bomen. De essentie van dunning is het verlagen van het stamtal (boomdensiteit) en daarmee het concentreren van de aanwas op een kleiner aantal bomen. (24, 121). Duurzaam : De term duurzaam, vanuit een tijdsperspectief, verwijst naar het op lange termijn in stand kunnen houden van iets. Duurzaam landgebruik verwijst op die manier naar een vorm van landgebruik die op lange termijn toegepast kan blijven worden, omdat het de aarde en zijn hulpbronnen minder snel uitput in vergelijking met andere vormen van landgebruik. Gekoppeld aan dit tijdsperspectief verwijst duurzaam ook naar duurzame ontwikkeling, waarbij een evenwicht nagestreefd wordt tussen economische, ecologische en sociale belangen (a). De bekendste definitie van duurzame ontwikkeling is deze die werd opgesteld door Brundtland in het VN­rapport ‘Our Common Future’ van 1987 : “Duurzame ontwikkeling is ontwikkeling die aansluit op de behoeften van het heden zonder het vermogen van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in het gedrang te brengen” (a). Duurzaamheid in een AF­context kan meer specifiek beschouwd worden als het trachten behouden van de bodemvruchtbaarheid en het tegengaan van de negatieve impact van landgebruik op de omgeving om een goede werking van een AF­systeem op een specifieke plaats op lange termijn mogelijk te maken. Onder goede werking wordt naast een goede productie ook verstaan dat het systeem economisch rendabel blijft en dat er sociale aanvaarding is door de maatschappij met betrekking tot de werking van het systeem. Het Brits ministerie van landbouw omschrijft duurzame landbouw als een vorm van landbouw die : ­ de consument voorziet van voldoende voedsel in een gevarieerd aanbod tegen een aanvaardbare prijs en geproduceerd onder omstandigheden die stroken met de gangbare sociale en milieu voorwaarden en onder diervriendelijke omstandigheden. ­ een goede bescherming van het milieu garandeert en die omzichting omspringt met natuurlijke bronnen. ­ zorg draagt voor het landschap, de rurale cultuur en architectuur ­ zorg draagt voor biodiversiteit Bron : ‘Erven van de toekomst. Over duurzame landbouw in Vlaanderen. Stedula. a : http://www.un­documents.net/wced­ocf.htm (90). EAFRD = European Agricultural Fund for Rural Development = Europees Landbouwfonds voor Plattelandsontwikkeling = ELFPO : een financieel instrument als resultaat en ter ondersteuning van CAP dat focust op rurale ontwikkeling. http://europa.eu/legislation_summaries/agriculture/general_framework/l60032_en.htm http://www.2007­2013.eu/by_scope_eafrd.php http://www.wervel.be Ecosysteemdiensten : goederen en diensten die de menselijke maatschappij ontvangt van beheerde en onbeheerde ecosystemen (5). Ectomycorrhizae : deze schimmels worden gekenmerkt door de aanwezigheid van hyfen (schimmeldraden) tussen de cortex cellen (buitenste cellen) van een plantenwortel die een structuur vormen die het Hartig net wordt genoemd. Ze vormen een mantel die het oppervlak van de absorberende wortels verhoogt en de morfologie van de haarwortels (fijne plantenwortels) verandert. Naast de mantel worden er ook hyfen gevormd die in de grond uitgroeien. Deze hyfen vormen vaak rhizomorfen (aggregaten van hyfen). Ectomycorrhiae komen vooral voor op houtige planten. (44, 91). Eveness-biodiversiteitsindex : deze wordt normaal berekend als : J= � ���� = ∑���� ����� �� �� � met H = Shannon­Wiener biodiversiteitsindex (zie ‘Shannon­biodiversiteitsindex’ in deze lijst). Hoe hoger deze index, hoe gelijker de verdeling van de soorten is. Bron : Verheyen, V. Cursus vegetatiekunde. Fotonfluxdensiteit : Sinds het concept van PAR zijn intrede deed, werd een specifieke energie­ eenheid ontwikkeld om PAR­intensiteiten te kwantificeren. Deze eenheid steunt op de foto­ chemische equivalentie zoals gerformuleerd door Einstein, nl. ‘de energetische exitatie van één molecule is in principe slechts mogelijk nadat één volledig foton met een bepaalde kritische energie werd geabsorbeerd’. Bij lichtgedreven fotochemische reacties is het daarom belangrijker om het aantal fotonen te kennen die over de kritische energie beschikken, dan om informatie te hebben over de beschikbare hoeveelheid aan energie. De intensiteit van PAR­straling wordt daarom uitgedrukt in mol fotonen per m² per seconde en deze eenheid wordt benoemd met foton­flux­ densiteit van de fotosynthetisch actieve straling. (106). Fotorespiratie : Fotorespiratie is een proces dat optreedt bij C3­planten in belichte fotosynthetiserende cellen en waarbij energie geconsumeerd wordt in plaats van geproduceerd. Rubisco, het enzym dat CO2 inbouwt op ribulosebifosfaat (zie ‘fotosynthetische pathway’s’ in deze woordenlijst) is zuurstofgevoelig. Dit betekent dat rubisco zowel een oxygenase (bindt zuurstof) als carboxylase (bind CO2) functie kan gaan vervullen. De carboxylase functie is de gewenste functie waarbij de klassieke Calvin cyclus (zie ‘koolstoffixatie­pathway’s’ in deze woordenlijst) gevolgd kan worden. Wordt echter O2 gebonden in plaats van CO2, dan wordt een ander cyclus gevolgd en gaat er dus een molecule verloren die als suiker ingebonden zou kunnen worden. Dit proces treedt niet op bij C4­planten omdat rubisco er wegens de hogere concentratie aan CO2 aan de bundelschedecellen gedwongen wordt om als carboxylase op te treden. Er is met andere woorden geen verlies aan suikers en de fotosynthesesnelheid van C4­planten is hoger dan deze van C3­planten. Bron : (24, 111), , Reheul., Cursus plantkunde II. Fotosynthese : fotosynthese is een biochemisch proces, waarbij de hogere planten lichtenergie gebruiken om CO2 en H2O om te zetten in koolhydraten. Planten zijn namelijk autotroof en bouwen hun energie zelf op. Via lichtreacties wordt energie gevormd, dat gebruikt wordt bij de koolstoffixatie om koolhydraten te vormen (donkerreacties). Lichtreacties zijn voor alle planten dezelfde, maar er zijn verschillende manieren voor koolstoffixatie (zie ‘koolstoffixatie­pathway’s’ in deze woordenlijst). Een vereenvoudigde voorstelling van de reactie bij fotosynthese is : nH2O + nCO2 + licht → (CH2O)n + nO2 Bron : (24, 111), Reheul., Cursus plantkunde II. Geotroop : deze term wordt gebruikt om de richting van groei te omschrijven in referentie met de richting van de zwaartekracht. Bij positieve geotropie gebeurt groei met de zwaartekracht mee, dus omlaag. Bij negatieve geotropie gebeurt groei tegen de zwaartekracht in, dus naar boven. GWP = Global Warming Potential : de mate waarin broeikasgassen bijdragen tot de opwarming van de aardse atmosfeer wordt uitgedrukt in GWP. Het GWP wordt relatief uitgedrukt en opzichte van CO2 (CO2 heeft een GWP = 1). (Ronsse, F. Cursus procestechniek.). Hydroponisch : een vorm van grondloze landbouwteelt waarbij plantenwortels in contact staan met een vloeistoffilm voorzien van nutriënten. (91). HYPRES-classificatie : HYPRES staat voor HYdraulic PRoperties of European Soils. Dit is een centrale database die werd opgesteld met hydraulische eigenschappen van Europese bodems. Analyse van gegevens resulteerde in een set van pedotransferfuncties toepasbaar op Europees niveau. Pedotransferfuncties relateren hydraulische eigenschappen aan relatief eenvoudig te meten bodemdata. (127). ICRAF : In 1977 ontstond de niet­winstgevende internationale onderzoekorganisatie ICRAF, wat stond voor ‘International Council for Research in Agroforestry’. Deze organisatie kende zijn rol in de rurale transformatie, wanneer landbouwers hun bomenaandeel wilden opdrijven in het landschap in de hoop hun voedselzekerheid, inkomen, energiebronnen en de duurzaamheid van de omgeving op de drijven. De rol van ICRAF hierbij bevond zich in het verzamelen en verspreiden van wetenschappelijke kennis over de rol die bomen kunnen spelen in het landbouwlandschap. Intussen is ICRAF uitgegroeid tot een multidisciplinaire organisatie die een sterke wetenschappelijke fundering inzake agroforestry gelegd heeft. In 2002 veranderende ICRAF daarom zijn naam in the ‘World Agroforestry Centre’ (WAC), wat moet erop moet duiden dat de organisatie als internationale leider beschouwd kan worden in onderzoek en ontwikkeling van agroforestry. Bron : (64), http://www.worldagroforestrycentre.org Interspecifiek : tussen soorten. Intraspecifiek : binnen een soort. Isotoop : twee atomen met hetzelfde aantal protonen (en dus elektronen) vormen hetzelfde element. Ze kunnen echter verschillen in aantal neutronen. Dit noemt men dan verschillende isotopen van hetzelfde element. Kloon : een kloon is “het geheel van individuen voortkomende langs vegetatieve weg door ongeslachtelijke vermenigvuldiging van eenzelfde oorspronkelijk individu” (Lust). (121). KOH = Korteomloophout : korteomloophout betreft het dicht aanplanten van snelgroeiende boomsoorten met het doel op de houtproductie. Het houtig materiaal kan gebruikt worden voor energiewinning of voor verwerking van de vezels in vezelplaten of papier. Voor KOH wordt gebruik gemaakt worden van hakhoutgeschikte boomsoorten die redelijk resistent zijn tegen allerlei aantastingen. Binnenlands wordt vooral gewerkt met wilg (Salix sp.) of populier (Populus spp.), en vaak wordt met klonen gewerkt (betere resistentie tegen aantastingen). De juridische definitie van KOH luidt : “de teelt van snelgroeiende houtachtige gewassen waarbij de bovengrondse biomassa periodiek tot maximaal 8 jaar na de aanplanting of na de vorige oogst, in zijn totaliteit wordt geoogst.”(122). Koolstoffixatie-pathway’s : fotosynthese (zie ‘fotosynthese’ in deze woordenlijst) bestaat uit lichtreacties (vorming van energie (ATP)) en koolstoffixatie (voor de vorming van koolhydraten). Lichtreacties verlopen voor alle planten hetzelfde, maar de manieren van koolstoffixatie niet. Planten kunnen ingedeeld worden in C3­, C4­ en CAM­planten. Ongeveer 95% van de planten zijn C3­planten, 2% zijn C4­planten en 3% zijn CAM­planten. Koolstoffixatie voor C3­planten verloopt via de Calvin­ cyclus. Met behulp van ATP en NADPH wordt CO2 ingebouwd op ribulosebifosfaat via het rubisco­ enzym. Daardoor kan een C3­molecule (glyceraldehyde­3­fosfaat) gevormd worden als eerste productie van de CO2­assimilatie, welk verder verwerkt wordt tot suikers. Bij C4­planten wordt met behulp van ATP en NADPH CO2 ingebouwd op PEP (fosfo­enol­pyruvaat) via het PEP­carboxylaat enzym, waardoor als eerste component van de CO2­assimilatie een C4­component ontstaat (oxaalazijnzuur). De C4­zuren worden dan gedecarboxyleerd in de bundelschedecellen waarbij CO2 vrijkomt die dan de Calvin­cyclus kan volgen. Bij C4­planten gebeurt het proces dus via twee ruimtelijk gescheiden cycli. Bij CAM­planten gebeurt CO2­fixatie en assimilatie gescheiden in de tijd. ‘ Nachts wordt CO2 opgenomen en overdag gebeurt assimilatie met CO2 vrijstelling. Opnieuw wordt CO2 ingebouwd op PEP waardoor een oxaalazijnzuur ontstaat, welk omgezet wordt in malaat en aspartaat die opgeslagen worden in vacuolen. Overdag gebeurt decarboxylatie van het malaat. Bron : (24, 111), Reheul., Cursus plantkunde II. LAI = leaf area index = bladoppervlakte-index : de hoeveelheid groene bladoppervlakte per eenheid grondoppervlakte. Lijzijde : de zijde achter een bomenrij (als natuurlijk windscherm) Loefzijde : zijde voor een bomenrij (als natuurlijk windscherm) MEA = Millennium ecosystem assessment : Het Millennium Ecosystem Assessment project, welk in 2000 in het leven geroepen werd, heeft tot doel om wetenschappelijke informatie met betrekking tot de gevolgen van veranderende ecosystemen op het menselijk welzijn te verzamelen. Ook mogelijkheden om op deze veranderen te reageren en acties ter bevordering van de bescherming en het duurzaam gebruik van ecosystemen en de bescherming van de bijdragen van ecosystemen voor het menselijk welzijn worden nagegaan. (27). Mengteelt : In mengteelten of polyculturen worden simultaan meerdere gewassen op een veld verbouwd. Agroforestry valt hier niet volledig binnenin, aangezien bomen en gewassen elkaar ook kunnen opvolgen in de tijd (sequentiële systemen). Mengteelt staat tegenover reinteelt (zie ‘reinteelt’ in deze lijst). (91). Monocultuur : Indien jaren naéén hetzelfde gewas geteeld wordt op eenzelfde veld dan spreekt men van monocultuur. Monocultuur staat in tegenstelling met vruchtwisseling (zie ‘vruchtwisseling’ in deze lijst). (91). Natuurlijke stamreiniging : de onderste takken van bomen in bosverband worden steeds sterker beschaduwd. Uiteindelijk sterven de takken af wegens gebrek aan licht en fotosynthese, worden ze door insecten en schimmels aangetast en vallen ze af door belasting van wind, sneeuw en dergelijke. De plek van de takaanhechting op de stam wordt overgroeid zodat nadien enkel een litteken op de bast achterblijft. (24). Netto fotosynthese : netto fotosynthese is het verschil tussen biochemische CO2­fixatie en respiratie (zie ‘fotosynthese’ en ‘respiratie’ in deze lijst). Fotosynthese bouwt CO2 in, respiratie stelt CO2 vrij. (111). Nutriënt gebruiksefficiëntie : de ratio tussen bovengrondse plantbiomassa op oppervlakte­basis en de gehaltes aan nutriënten in de biomassa. Hoe hoger de efficiëntie voor een nutriënt, hoe lager de export van deze nutriënt tijdens oogst. Een hoge efficiëntie is gewenst. In enkele gevallen kan het gebruik van soorten of klonen met een lagere efficiëntie geschikt zijn, bijvoorbeeld om waterstromen naast landbouwland te beschermen tegen vervuilende stoffen. (89). Oogstindex : deze werd hier voor de bomen gedefinieerd als de verhouding van spilhoutvolume tot de totale bovengrondse DS­houtbiomassa. Via deze index wordt, op basis van de gesimuleerde bovengrondse DS­houtbiomassa, een onderscheid gemaakt tussen spilhout en takhout. Voor het gewas werd deze index gebruikt om een onderscheid te maken in opbrengst (bvb. graan) en bijproduct (bladeren, stengels, enz.). Algemeen kan een oogstindex gedefinieerd worden als een ratio van economische productiviteit op biologische productiviteit (ICRAF). Opbrengsttabel : Een opbrengsttabel is een voor gelijkjarige opstanden in groeiklassen of boniteiten verdeelde tabel, waarin men het areïeke opstandsvolume en andere areïeke opstandskenmerken op verschillende leeftijden kan vinden. Onder areïek wordt verstaan dat het betreffende kenmerk per eenheid van oppervlakte wordt gegeven, bijvoorbeeld per are of per hectare. Opbrengsttabellen worden onder andere gebruikt voor de beoordeling van de groei, voor de prognose van opbrengsten uit eindkap en dunning en voor de planning van werkzaamheden. (50). Opstandsvolume = bestandsvolume : Het opstandsvolume is de som van alle boomvolumes in een opstand. Wanneer dit uitgedrukt wordt in m³/ha word ook gesproken van het areïeke volume. (50). Optische densiteit : optische densiteit werd hier gebruikt als tegengestelde maat voor optische porositeit wat gedefinieerd kan worden als het percentage openingen over de totale verticale oppervlakte van een bomenrij als windscherm, als loodrecht op het scherm gekeken wordt. Hierbij wordt 2D gekeken, terwijl in werkelijkheid bomen 3D­structuren zijn. Deze maat is dus niet volledig correct, maar andere methoden staan nog niet op punt. Een grotere densiteit betekent een lagere porositeit. (16). PAR-straling : fotosynthetisch actieve straling. Dit is straling met golflengtes tussen 0.4 en 0.7µm (Deze golflengteband is het zichtbaar spectrum en is wat men ‘licht’ noemt). De gemiddelde fractie aan PAR aan het aardoppervlak is ongeveer 50% (350­400 W/m²) van de totale kortgolvige straling (700­800 W/m² aan het aardoppervlak op zonnige zomerdagen). PAR wordt gewoonlijk uitgedrukt in fotonfluxdensiteit (zie fotonfluxdensiteit). (Een foton is een quantum met golflengte in het zichtbaar spectrum)(een quantum is een pakketje straling). (112). Performantie : performantie kan omschreven worden als het vermogen op te presteren, of ook als de mate waarin doelstellingen efficiënt en effectief bereikt kunnen worden. Performantie van landbouwsystemen wordt vaak uitgedrukt via de productiviteit. Plantverband : de dichtheid en ruimtelijke verdeling van de aangeplante bomen. Hiermee worden plantafstanden en het plantpatroon bepaalt. Plantverbanden in dit werk zijn weergegeven in x*y meter wat betekent dat er x meter is tussen opeenvolgende bomenrijen (rijafstand) en dat er y meter is tussen opeenvolgende bomen in een rij . Potentiële productie : de mogelijke productie op basis van instraling, lichtinterceptie en omzetting naar biomassa (‘groeibepalende factoren’), wanneer geen rekening gehouden wordt met water­ of nutriëntenlimitatie (‘groeilimiterende factoren’) en geen rekening gehouden wordt met ziektes of pesten (‘groeireducerende factoren’). (118). Reincultuur : een reincultuur of reinteelt is een teelt met slechts één gewas per veld. Reincultuur staat in tegenstelling tot termen als polycultuur en mengteelt (zie ‘mengteelt’ in deze lijst). (91). Relatieve boniteit : zie ‘boniteit’ in deze lijst. Relatieve gewasopbrengsten : deze werden hier gedefinieerd als het quotiënt van de opbrengst per eenheid van totale oppervlakte van het gewas in het silvoarable­systeem en de opbrengst per eenheid van totale oppervlakte van het gewas onder reinteelt. Respiratie : dit is eigenlijk het omgekeerde van fotosynthese. Koolhydraten wordt met behulp van zuurstof omgezet in CO2 en H2O. Respiratie wordt opgesplitst in fotorespiratie (zie fotorespiratie in deze woordenlijst) en donkerrespiratie. Donkerrespiratie treedt op in alle levende cellen van de plant, zowel in het donker als in het licht. Donkerrespiratie is de belangrijkste bron voor metabolische energie in planten. (24), Reheul, Cursus plantkunde II. Rhizosfeer : de ondergrondse ruimte die beïnvloed wordt door wortelsystemen van planten (29). Shannon-biodiversiteitsindex : deze wordt normaal berekend als : H = ­∑���� p� � ln p� met S = het aantal soorten p� � de abundantie van de i� soort uitgedrukt als fractie van de totale abundantie Hoe groter de index, hoe diverser. Bron : Verheyen, V. Cursus vegetatiekunde. Spilhoutvolume : Onder spilhout verstaat men dat deel van een boom, dat gevormd wordt door de stam (spil) tussen maaiveld en top, met inbegrip van de schors, maar zonder de zijtakken, ongeacht hun dikte. Bij oudere loofbomen kan sprake zijn van een oplossende spil, in dat geval is de spil gedefinieerd als de in het verlengde van de stam meest recht doorgaande tak. (50). Stapstenen in het landschap : Plaatsen in het landschap die voor een soort geschikter zijn als habitat in vergelijking met de omgeving, en die als ‘tussenstop’ kunnen dienen voor migrerende soorten. Bron : Verheyen, K. Cursus ecotechnique and nature Construction. Stomata = huidmondjes : Verspreide openingen in de epidermis (een laag cellen) van bladeren. Een huidmondje bestaat uit twee sluitcellen met daartussen een opening. Via deze opening kan CO2 en water uitgewisseld worden met de atmosfeer, tenzij de stomata gesloten zijn. (24). Vormgetal : Dit getal geeft de verhouding aan tussen het boomvolume en de inhoud van een cilinder met doorsneediameter gelijk aan de boomdiameter op borsthoogte (dbh) en lengte gelijk aan de boomhoogte (25, 50). Vruchtwisseling : In vruchtafwisseling volgen verschillende gewassen elkaar op (gewasrotatie). Vruchtwisseling staat in tegenstelling met monocultuur (zie ‘monocultuur’ in deze lijst). (91). Xyleem : Xyleem is eigenlijk hout dat verantwoordelijk is voor het watertransport van de wortels van een boom naar de bladeren. Ook is het verantwoordelijk voor de opslag van water en assimilaten en voor versteviging van de stam. (24). ��������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������� �����������������������������������������������������
