Titel: Natuurherstel door grondtransplantatie? E. R. Jasper Wubs

1
Titel: Natuurherstel door grondtransplantatie?
2
E. R. Jasper Wubs, Wim H. van der Putten, Machiel Bosch, T. Martijn Bezemer
3
4
Adresblokje:
5
E. R. Jasper Wubs M.Sc., Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), Departement
6
Terrestrische Ecologie, Postbus 50, 6700 AB Wageningen, [email protected]; Wageningen
7
Universiteit, Laboratorium voor Nematologie
8
Prof. dr. ir. Wim H. van der Putten, Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), Departement
9
Terrestrische Ecologie; Wageningen Universiteit, Laboratorium voor Nematologie
10
Dhr. Machiel Bosch, Vereniging Natuurmonumenten, Beheereenheid Zuid-West Veluwe.
11
Dr. ir. T. Martijn Bezemer, Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), Departement
12
Terrestrische Ecologie.
13
14
Lead
15
Natuurherstel op voormalige akkers is een belangrijke maatregel die wordt uitgevoerd om bestaande
16
natuurgebieden te vergroten en ecologische verbindingszones te versterken, vooral op voormalige
17
landbouwpercelen op zandgronden. Belangrijke beperkende factoren zijn bodem-gerelateerd: hoge
18
nutriëntengehaltes, ongeschikte zaadbanken en tekort aan geschikt bodemleven. Een combinatie
19
van ontgronden en transplantatie van grond uit verder ontwikkelde natuurgebieden kan het
20
natuurherstel op akkers sterk versnellen.
21
22
Trefwoorden: grondtransplantatie, ontgronden, graslanden, heiden, voormalige landbouwgrond
23
24
Inleiding
25
De natuurlijke successie op Pleistocene zandgronden is een zeer langzaam proces (decennia),
26
waardoor op korte termijn natuurhersteldoelen niet worden gehaald. Hoge nutriëntgehaltes in de
27
bodem kunnen een belangrijke beperking zijn voor natuurontwikkeling op voormalige
28
landbouwgrond. Ontgronden is een veelgebruikte methode om de grond te verschralen, maar heeft
29
als belangrijke bijwerking dat het bodemleven ook verwijderd wordt (Kardol et al., 2009).
30
Bodemleven kan zich herstellen, maar dat kost veel tijd. De successie in het bodemleven leidt
31
tot een verschuiving in samenstelling van een relatief bacterie-gedomineerde naar een schimmel-
32
gedomineerde bodemgemeenschap (Van der Wal et al., 2006). Schimmels zijn beter in staat om
33
plantenstrooisel van lage kwaliteit (b.v. hoge C:N ratio) af te breken en vormen als zodanig een
34
sleutelrol in de bodemgemeenschap van voedselarme laat-successie systemen (Bardgett & Wardle,
35
2010). Uit kasexperimenten is gebleken dat bodemgemeenschappen die komen uit gebieden waar al
36
enige decennia geen landbouw is bedreven, de groei bevorderen van planten die doelsoorten zijn,
37
terwijl algemeen voorkomende onkruiden worden geremd (Kardol et al., 2006; Carbajo et al., 2011).
38
Transplantatie met een bodemgemeenschap uit een laat-successie gebied zou dus het natuurherstel
39
kunnen bevorderen. Dit is echter nog niet op grote – en dus voor de praktijk relevante – schaal
40
getest.
41
Hier beschrijven we de resultaten van de eerste grootschalige grondtransplantatieproef met
42
herhalingen. De verwachting was dat als ontgronde gebieden worden behandeld door grond uit laat-
43
successie gebieden te transplanteren de hoeveelheid bodemleven zal toenemen en de samenstelling
44
zal veranderen, waardoor de ontwikkeling van de doelvegetatie zal worden bevorderd.
45
46
De Reijerscamp: een praktijk experiment
47
We hebben een groot veldexperiment opgezet in een natuurherstelproject op de Reijerscamp (180
48
ha.) bij Wolfheze (eigenaar: Vereniging Natuurmonumenten). Het gebied ligt op Pleistocene
49
zandgronden (grondwatertrap VII) met een grofzandig haarpodzolprofiel.
50
Na langdurig gebruik in de gangbare akkerbouw zijn in 2006 vier ontgrondingen (2.7-4.6 ha.)
51
uitgevoerd waarbij de bouwvoor tot de minerale bodem op ±30-50 cm diepte is afgegraven (Fig
52
1A,B). In elk van deze ontgrondingen zijn vervolgens proefvlakken aangelegd van gemiddeld 0.5 ha.
53
waar bodem van ontwikkelde natuurgebieden is getransplanteerd. Het doel was om in deze
54
afgravingen zowel heischrale graslanden als droge heiden te realiseren. Daarvoor zijn zowel een
55
heischraal grasland als een heidegebied binnen een straal van 2 km als gronddonoren gebruikt. Er
56
waren vier behandelingen: controle (niets doen), alleen afgraven, afgraven met transplantatie van
57
graslandgrond, en afgraven met transplantatie van heidegrond. Het donormateriaal is in beide
58
gevallen uitgereden met een mestverspreider en vormde een zeer dun laagje (±1cm).
59
In 2012 is een uitgebreide evaluatie uitgevoerd, waarbij abiotische karakteristieken van de
60
bodem en de taxonomische samenstelling van o.a. microben en de vegetatie zijn geanalyseerd. Uit
61
de microbiële biomassagegevens werd de schimmel:bacterie ratio berekend. Een hoge
62
schimmel:bacterie ratio is typerend voor een bodemgemeenschap in niet-verstoorde gebieden
63
(Bardgett et al., 1996). De vegetatiesamenstelling werd vergeleken met de verwachte samenstelling
64
in heischraal grasland (Galio hercynici-Festucetum ovinae) en droge heide (Genisto anglicae-
65
Callunetum) gebaseerd op Schaminée et al. (1996).
66
67
Effecten van ontgronden
68
Zoals verwacht had ontgronden een sterk verschralend effect op de abiotische en biotische
69
omstandigheden in de bodem (Tabel 1). De nutriëntengehaltes suggereren goede condities voor de
70
vestiging van beoogde voedselarme vegetatietypen. Ontgronden leidde echter ook tot het
71
verdwijnen van een zeer groot deel van het bodemleven (Tabel 1), en had tot gevolg dat de
72
schimmel:bacterie verhouding toenam. Dit komt vermoedelijk door de lage hoeveelheid organisch
73
materiaal. Door de geringe microbiële biomassa wordt de invloed van deze bodemgemeenschap op
74
de vegetatie-ontwikkeling vermoedelijk pas op langere termijn zichtbaar.
75
Ten opzichte van de controle was op de afgegraven proefvlakken de bedekkingsgraad van de
76
vegetatie gering (Fig. 1C; Tabel 1). Dit is het gevolg van sterk nutriënt gelimiteerde groei, maar
77
waarschijnlijk ook een consequentie van beperkte vochtbeschikbaarheid door het slechte
78
waterhoudend vermogen van deze zandbodem waarin als gevolg van de ontgronding een lage
79
hoeveelheid organische stof achtergebleven was. Ook het aantal plantensoorten nam af. Er was geen
80
significante verandering in de similariteit t.o.v. heischraal grasland, maar ontgronde proefvlakken
81
leken iets meer op droge heidevegetaties (Tabel 1).
82
Ontgronden blijkt dus een efficiënte manier om de voedselrijkdom van de bodem te
83
verschralen, maar reduceert eveneens het bodemleven. Op de korte termijn leidt dit niet tot de
84
beoogde plantengemeenschap. In lijn met eerder onderzoek (Kardol et al., 2009) blijft er in
85
tenminste de eerste zes jaren na ontgronden een landschap achter met een zeer schaarse
86
plantenbedekking die minder soorten bevat dan de niet-afgegraven controle (Fig. 1C).
87
88
Grondtransplantatie bevorderd natuurherstel
89
Hoewel uitgevoerd met een relatief geringe hoeveelheid materiaal per eenheid oppervlak leidden de
90
grondtransplantaties tot een toename van de bodemgemeenschap (Tabel 1). Ten opzichte van alleen
91
afgraven, hebben transplantaties met grasland- en heidegrond geresulteerd in meer microbiële
92
biomassa en een sterke toename in de biomassa van mycorrhizaschimmels. De samenstelling van de
93
microbiële gemeenschap is verschoven naar een systeem waar relatief meer schimmels voorkomen
94
(Tabel 1), al blijven de bacteriën ook hier in absolute aantallen domineren.
95
De grondtransplantaties hebben ook een effect gehad op de vegetatiesamenstelling (Tabel 1;
96
Fig. 1D). De bedekkingsgraad is toegenomen en de soortenrijkdom heeft zich hersteld tot het niveau
97
van de niet-afgegraven controle. De proefvlakken waar graslandbodem is getransplanteerd lijken het
98
sterkst op heischrale graslanden. Transplantatie van heidebodem leidt tot een vegetatie die het
99
meest overeenkomt met droge heiden (Fig. 1D).
100
Op basis van deze resultaten concluderen wij dat transplantatie van grond uit ontwikkelde
101
natuurgebieden naar ontgronde natuurherstelgebieden leidt tot het terugkeren van het bodemleven
102
en een hogere bedekkingsgraad van de vegetatie. Qua samenstelling lijkt de vegetatie ook meer op
103
de doeltypen.
104
105
Hoe nu verder?
106
Er blijven nog enkele belangrijke vragen open. In de praktijkproef op Reijerscamp hebben we de rol
107
van het bodemleven niet goed kunnen scheiden van die van de geïntroduceerde zaden en andere
108
plantendelen die ook aanwezig zijn geweest in de getransplanteerde grond. Daarom is een
109
belangrijke vraag hoe de bodembiotische samenstelling van de transplantatiegrond de
110
vegetatieontwikkeling beïnvloedt. In hoeverre de vegetatieontwikkeling verder gestuurd kan worden
111
door grond met een specifieke samenstelling te gebruiken, moet worden onderzocht.
112
Andere studies met bodem-transplantaties laten wisselende resultaten zien (b.v. Kardol et
113
al., 2009) en verschillen in schaal en methode van uitvoering lijken hier een belangrijke rol in te
114
spelen. In Nederland is reeds een flink aantal grondtransplantatie projecten van start gegaan, dit
115
biedt goede mogelijkheden voor vergelijkend onderzoek. Belangrijk is dat dergelijke projecten goed
116
gedocumenteerd worden, vanaf uitgangssituatie tot in de herstelperiode, zodat effecten van
117
methodologie, donormateriaal en uitgangscondities in het te herstellen gebied beter begrepen
118
kunnen worden.
119
120
Literatuur
121
Bardgett, R.D., P.J. Hobbs & Å. Frostegård, 1996. Changes in soil fungal:bacterial biomass ratios
122
following reductions in the intensity of management of an upland grassland. Biol Fert Soils 22: 261–
123
264.
124
125
Bardgett, R.D. & D.A. Wardle, 2010. Aboveground-belowground linkages. Biotic interactions,
126
ecosystem processes and global change. Oxford, Oxford University Press.
127
128
Carbajo, V., B. den Braber, W.H. van der Putten & G.B. De Deyn, 2011. Enhancement of late
129
successional plants on ex-arable land by soil inoculations. PloS ONE 6: e21943.
130
131
Kardol, P., T.M. Bezemer & W.H. van der Putten, 2006. Temporal variation in plant-soil feedback
132
controls succession. Ecology Letters 9: 1080–1088.
133
134
Kardol, P., A. van der Wal, T.M. Bezemer, W. de Boer & W.H. van der Putten, 2009. Ontgronden en
135
bodembeestjes: geen gelukkige combinatie. De Levende Natuur 110: 57-61.
136
137
Schaminée, J.H.J., A.H. Stortelder, & E.J. Weeda, 1996. De vegetatie van Nederland. Deel 3.
138
Plantengemeenschappen van graslanden, zomen en droge heiden. Uppsala, Opulus Press.
139
140
Van der Wal, A., J. van Veen, A. Pijl, R. Summerbell & W. de Boer, 2006. Constraints on
141
development of fungal biomass and decomposition processes during restoration of arable sandy
142
soils. Soil Biol. Biochemistry 38: 2890–2902.
143
144
Bijschrift figuren
145
146
Fig. 1. A). Satellietbeeld van de Reijerscamp. Duidelijk zichtbaar zijn de vier grote ontgrondingen. De
147
donkere vlakken in de ontgrondingen zijn de grondtransplantaties. B). Een van de ontgrondingen
148
direct na grondtransplantatie in 2006. Op de voorgrond een grondtransplantatieproefvlak waar
149
donor grond is uitgereden en daarachter een vlak waar geen grond is aangebracht. C). Zes jaar na de
150
start van het veldexperiment is er nog een zeer open vegetatie in de afgegraven gebieden waar geen
151
grond was getransplanteerd. D). In de vlakken waar heideplagsel is getransplanteerd, heeft zich na
152
zes jaar een jonge heidevegetatie ontwikkeld. (Foto’s: A: ©Esri 2012 & S. Teurlincx, B: H. Veerbeek,
153
C&D: E.R.J. Wubs).
154
155
Tabellen
156
Tabel 1. Samenvatting van de metingen van chemische bodemkarakteristieken, bodemleven en de vegetatie. Waarden zijn gemiddelden (± standaardfout).
157
Daarnaast worden de F- en p-waarden uit ANOVA’s voor verschillen tussen de behandelingen weergegeven. Verschillende letters laten significante
158
verschillen tussen behandelings-gemiddelden zien. De microbiële biomassa is bepaald door de vetzuren van hun celmembranen te extraheren en te
159
kwantificeren, hiervoor is de polaire fractie gebruikt (PLFA; polar lipid fatty acid). De biomarker voor arbusculaire mycorhizaschimmels wordt alleen in de
160
neutrale fractie gevonden (NLFA). Aangezien de extractie-efficiënties van beide fracties sterk verschillen, werden alleen de biomarkers uit de polaire fractie
161
gebruikt om de totale microbiële biomassa te berekenen.
Controle
Afgraven
Afgraven +
Afgraven + heide-
grasland- grond
grond
F-waarde
p-waarde
Abiotiek
PO4 (P-Olsen; mg/kg grond)
78.3 ±6.7 a
2.6 ±1.1 b
2.6 ±1.3 b
3.4 ±0.8 b
202.2
<0.0001
NH4 + NO3
7.9 ±0.8 a
5.3 ±2.1 b
4.2 ±0.8 b
6.2 ±2.2 ab
11.3
0.002
Zuurgraad (pH H2O)
5.9 ±0.1
5.7 ±0.2
5.9 ±0.1
5.6 ±0.2
2.1
0.17
Organisch materiaal (%)
5.9 ±0.2 a
1.2 ±0.4 c
1.9 ±0.5 b
2.5 ±0.9 b
(KCl-extractie mg/kg grond)
213.0
<0.0001
Bodemleven
Biomassa micro-organismen
1.90 ±0.84 a
0.10 ±0.09 d
0.26 ±0.17 c
0.77 ±0.42 b
11.5
0.002
8.64 ±2.70 a
0.61 ±0.44 c
2.28 ±0.70 b
2.22 ±0.74 b
12.6
0.001
0.10 ±0.01 b
0.38 ±0.23 ab
0.40 ±0.22 a
0.42 ±0.15 a
10.3
0.003
Bedekking (%)
99.4 ±0.7 a
25.3 ±10.0 c
36.0 ±11.6 c
57.5 ±13.2 b
37.1
<0.0001
Soortenrijkdom (aantal/m2)
11.3 ±1.30 a
7.0 ±1.64 b
11.4 ±1.12 a
10.3 ±1.73 ab
4.0
<0.05
Similariteit t.o.v. heischraal
32.7 ±2.5 b
29.9 ±3.3 b
41.0 ±2.6 a
39.8 ±2.5 a
20.2
0.0002
18.3 ±4.4 c
27.5 ±4.2 b
29.1 ±1.5 b
40.4 ±2.7 a
28.8
0.0001
(μg PLFA/g grond)
Arbusculaire
mycorhizaschimmels
(μg NLFA/g grond)
Schimmel:bacterie ratio
Vegetatie
grasland (%)
Similariteit t.o.v. droge heide (%)
162
163