Voedselkwaliteit van algen en waterplanten verandert door klimaatverandering
Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW)“Grote problemen zoals klimaatverandering kun je vaak alleen goed begrijpen als je eerst inzoomt op kleine details,” stelt NIOO-onderzoekster Mandy Velthuis. Planten staan aan de basis van de voedselketen, of het voedselweb. Ze maken organisch materiaal uit CO2 en water. “Ik ben bij het begin begonnen. Voor het ecosysteem in het water dus bij ondergedoken waterplanten en algen. Als er iets verandert in hun samenstelling, dan kan dat grote gevolgen hebben voor de dieren die ervan eten.”
Wereldwijde veranderingen in het milieu kunnen dus bijna letterlijk roet in het eten gooien: door de hogere concentraties van het broeikasgas CO2 in de atmosfeer, door hogere gemiddelde temperaturen, door teveel vrije meststoffen (eutrofiëring) of door een combinatie hiervan. Dit veroorzaakt allerlei veranderingen in het water. Waterecosystemen vormen namelijk een belangrijk onderdeel van de koolstofkringloop op onze planeet. En algen en waterplanten spelen daarbij een cruciale rol, omdat ze koolstof (de C van CO2) opnemen voor groei en zelf weer als voedselbron dienen voor dieren in het water.
Oerrecept voor al het leven op aarde
Eigenlijk gaat het om verhoudingen. Niet tussen dieren of planten, maar tussen elementen. De basale onderdelen van alles op aarde, en in het heelal. Koolstof is een heel bekend en onmisbaar element, waar het leven op onze planeet op gebouwd is. Koolstof geef je aan met een hoofdletter C. Maar daarnaast zijn de elementen fosfor (P, bekend van de fosfaten) en stikstof (N) ook onmisbaar. De verhoudingen tussen C en P en tussen C en N zijn een belangrijke maat in de ecologie. Het geeft de ‘koolstofbalans’ weer: een soort oerrecept voor al het leven op aarde.
Ieder organisme kun je ‘vangen’ in een eigen recept met verhoudingen tussen koolstof en de andere voedingsstoffen. Hoe meer koolstof in een plant ten opzichte van de P en N, hoe slechter de voedselkwaliteit voor het dier dat ervan eet. Het lievelingseten van een dier heeft dus eigenlijk een verhouding die in de buurt ligt van die van het dier zelf (bijvoorbeeld niet 600 C op 1 P, maar zo’n 100 C). Dan zit er relatief weinig ‘afval’ in het eten en heeft het dier dus een mooi uitgebalanceerd dieet. “Helemaal zen.”
Uit balans
De verhoudingen in het meer kunnen uit balans raken door klimaatverandering. Hoe precies? “Uit ons onderzoek concludeer ik dat klimaatverandering inderdaad effect heeft op de koolstofbalans. Het komt doordat zowel de hoeveelheid biomassa als de verhouding van koolstof ten opzichte van de voedingsstoffen fosfaat en nitraat verandert bij de ‘primaire producenten’ – zo noemen wij biologen de planten en de algen,” verduidelijkt Velthuis. “Dit verandert ook de interacties met waterdieren. Daarnaast kan het type primaire producent belangrijk zijn voor de hoeveelheid koolstof die naar de bodem zinkt.” De verhouding koolstof-voedingsstoffen is een omgekeerde maat voor de voedselkwaliteit van een plant. De onderzoeksresultaten laten zien dat de voedselkwaliteit van algen en ondergedoken waterplanten afneemt bij meer CO2 in de lucht en toeneemt bij eutrofiëring. Opwarming heeft geen eenduidig effect.
Gegeten worden
“Zelf vind ik de trofische interacties het interessantst. Dat zijn de relaties tussen plant en planteneter, prooi en predator,” zegt Velthuis. Eten en gegeten worden. Het hoort er altijd bij in de natuur. Maar ook deze interacties veranderen. De kleine waterdieren reageren sterk op klimaatverandering. “Door opwarming kunnen kleine grazertjes zoals watervlooien al eerder in het groeiseizoen in groten getale rondzwemmen. Zo worden de kleinste planten, de algen, dus eerder opgegeten en onder de duim gehouden. Je vindt daardoor minder algen in het water.”
Naast de directe effecten op de eetbaarheid van planten of algen en de indirecte effecten via de kleine grazers, gebeurt er nòg wat. “Als er vooral waterplanten in het water groeien, dan zinken er meer restjes organisch materiaal naar de bodem dan wanneer je vooral algen hebt. In de waterbodem kunnen die plantenrestjes opgeslagen worden – dat legt koolstof vast. Die koolstof komt alleen vrij als het organische materiaal opgegeten of afgebroken wordt,” voegt Velthuis toe. “En bij opwarming wordt het verschil nog versterkt. De waterplanten groeien dan extra hard en er zinkt nog meer koolstof in plantenresten naar de bodem, terwijl de algen juist extra worden opgegeten door een groter leger kleine grazers.” De ‘identiteit’ van plant of alg bepaalt dus veel bij uitzinken en opslag van koolstof in het water.
Mini-meer & broeikasgas
Het is begrijpelijk dat je hier wel even op kunt knobbelen voor de ware impact van klimaatverandering duidelijk is. Na ongeveer vier jaar onderzoek promoveerde ecoloog Velthuis deze week aan de Universiteit Utrecht. Haar onderzoek vond plaats in aquaria, in waterbakken (mesocosms) buiten en in een soort ‘mini-meren’ van 1000 liter in het NIOO-laboratorium.
Al met al is het een hele puzzel van allerlei verschillende effecten. Maar de impact van klimaatverandering op waterplanten en algen – en dus op de koolstofbalans – is in ieder geval groot. Velthuis: “De klimaatgestuurde veranderingen in het water kunnen leiden tot de uitstoot van broeikasgassen en zo aanzienlijke gevolgen hebben voor ons toekomstige klimaat.”
Tekst: NIOO-KNAW
Beeld: Rutger Barendse/Saxifraga (leadfoto: doorgroeid fonteinkruid), Cees Mooij (foto mini-meren), Mandy Velthuis (figuur)