Verbeterde voedselproductie (5b): nemen planten water op via hun bladeren?

Ernst Gotsch zegt in deze webinar (net na 1:40:00), fotosynthese is het opnemen van water uit de atmosfeer. Een interessante stelling die in eerste instantie tegen alle basisgegevens van planten ingaat.
Maar verder onderzoek laat zien dat Ernst Gotsch hier mogelijk een punt heeft, als hij doelt op de opname van water via de bladeren, in het engels Foliar Water Uptake (FWU) genoemd. Daarom een blogpost over de wateropname door planten boven de grond. Belangrijk hierbij is om te beseffen dat water op twee manieren door de plant kan worden opgenomen: als vloeibaar water en als waterdamp.
Op beide wordt in deze blogpost ingegaan.
Allereerst wordt gekeken hoe water stroomt. Eerst naar wateropname onder de grond en stroming in de plant om daarna te kijken naar de wateropname door de plant boven de grond (de FWU).

Hoe beweegt water in de bodem

Water beweegt in de bodem op basis van drukverschillen. Deze drukverschillen kunnen in verschillende eenheden worden uitgedrukt: Mega Pascal (MPa), bar of als logaritmische pf-waarde. Omdat er sprake is van een onderdruk wordt dit de zuigspanning genoemd. De zuigspanningen en pf-waardes voor de bodem in relatie tot wateropname zijn in onderstaande afbeelding weergegeven. Voor gezonde wateropname in de plant moet de pf-waarde onder de 4.2 blijven (onder het verwelkingspunt), wat betekent dat de zuigspanning in de bodem onder de -1,5 MPa moet blijven.

Regeneratief systeemontwerp (3): wat doet een wind barriere van bomen?

In de intro blogpost over agroforestry zijn een aantal mogelijke opties genoemd hoe bomen, gewassen en dieren met elkaar kunnen worden gemengd. Een ervan was de optie om bomen te planten als wind barriere. Daar gaat deze blogpost over. Hoe kunnen bomen en heggen een goede bescherming zijn tegen wind? En wat kan deze wind barriere allemaal opleveren?

De voordelen van wind barrieres

Wind barrieres kunnen heel veel voordelen hebben. De FAO heeft op een rijtje is gezet wat verschillende voordelen kunnen zijn van wind barrieres:
- ze beschermen achtergelegen (kwetsbare) gewassen en bomen
- ze verminderen verdamping van planten
- ze verminderen verdamping van open water, waardoor er meer water beschikbaar is
- ze beschermen planten tegen hele hoge of hele lage temperaturen van de wind
- ze maken duin stabilisatie mogelijk (net als duingrassen)
- ze kunnen achterliggende gewassen beschermen tegen zout spray vanuit zee
- ze maken dat bestuiving door insecten beter mogelijk is. De insecten zijn ook beschermd tegen de hele hoge of hele lage temperaturen van de wind
- ze kunnen de verspreiding van ziektes beperken, hoewel ziektes ook meer kunnen optreden door de verhoogde vochtigheid dichtbij de wind barriere
- ze beperken fysiologische veranderingen van planten die kunnen optreden als gevolg van sterke winden
De voordelen zijn echter alleen te bereiken als het ook goed wordt ontworpen.

Regeneratief systeemontwerp (2): polycultuur vraagt om een mindshift

Zoals in de serie "Ons Voedsel" is getoond (met Ons voedsel (13) als samenvatting) is ons industriele agrarische systeem tot op het bot verziekt, en heeft het een vernietigend effect op onze planeet. In de vorige blog is aangegeven dat het alternatieve systeem een goed ontworpen regeneratief systeem is, wat begint met systeembegrip van de betreffende locatie, wat een noodzakelijke input is voor het te ontwerpen systeem. Elke locatie op deze planeet is immers anders en vraagt dus om een (iets) ander ontwerp.
Het te ontwerpen systeem moet de verbanden en afhankelijkheden maximaliseren tussen planten onderling, maar ook tussen de planten, het bodemleven en dieren, om een zo groot mogelijke diversiteit en stabiliteit te krijgen wat op de lange termijn voor een zo groot mogelijke opbrengst zorgt (meerlaagse polycultuur i.p.v. monocultuur). Hoewel je de hierdoor per verbouwd gewas minder opbrengst per hectare behaalt, kun je per hectare een grotere totale opbrengst behalen. Het meerlaagse systeem krijg je door naast kruidachtige planten, ook struiken en bomen op te nemen in het ontwerp. Daarmee kom je terecht op het vlak van agroforestry. Waar agroforestry een rol kan spelen in de verandering van het landbouwsysteem en wat dat vraagt, daar gaat deze blog over.

Verbeterde voedselproductie (19): Isopreen: produceert de natuur een goede of een slechte stof?

Isopreen is een stof die door veel bomen en struiken in de tropen en in mindere mate door bomen en struiken in de gematigde zones wordt gemaakt. Deze stof is gedurende een lange tijd vooral als slecht gezien. Het laatste decennium zijn er nieuwe onderzoeksresultaten verschenen die interessante positieve(re) aspecten van isopreen belichten. Daarom hier een overzicht om een beeld te geven of het nu een goed of een slecht goedje is.

De chemische eigenschappen

Chemisch gezien is isopreen (C5H8, oftewel 2-methylbuta-1,3-dieen) een stof die bereid kan worden bij thermisch kraken van nafta of aardolie. Het is een grondstof voor allerlei polymeren. Het is een vluchtige, zeer licht ontvlambare kleurloze vloeistof, en kan (doordat deze zwaarder is dan lucht) explosieve mengsels vormen. Het smeltpunt licht bij -146 graden, en het kookpunt licht bij 34 graden. Het wordt beschouwd als een mogelijk kankerverwekkende stof. Bij contact op de huid kan er roodheid en jeuk optreden. Kortom, chemisch gezien lijkt het een niet al te leuk goedje.

Verbeterde voedselproductie (3c): bomen maken regen - verharding en landbouw maakt woestijn

In twee eerdere blogs uit de serie van bomen als regenmakers is uitgebreid stilgestaan bij de invloed van bomen op neerslag. In blog 3a is uitgelegd hoe bomen door de productie van VOC's hun eigen condensatiekernen vormen, zodat water sneller kan condenseren boven het bos: het bos creeert hiermee zijn eigen wolken.
In blog 3b is stilgestaan bij hoe de stratosfeer boven een bos anders is dan boven bijvoorbeeld een grasland met alle gevolgen van dien: door een grotere ruwheid van het landschap boven een bos t.o.v. een grasland in combinatie met een hogere verdamping stijgt er meer vochtige lucht op naar hogere luchtlagen (samen met de VOC's) waardoor boven de bossen wel wolken vorming plaatsvindt, maar boven het grasland niet. Verwijdering van het bos (door een storm) leidde daar dan ook tot minder wolkenvorming.

In deze blog ligt de focus op de verdamping vanuit bossen die essentieel is voor de regenvorming.

Verbeterde voedselproductie (8c): waarheen verdampt de regen?

In Nederland is een groot deel van onze regen verdampt water uit de Noordzee. Een deel van dit water zakt in de grond, en wordt grondwater (waar het heel lang kan blijven), een ander deel stroomt via allerlei sloten, kanalen en rivieren terug naar de zee en een deel van het water verdampt, of vanuit open water (evaporatie), of via verdamping vanuit de plant (evapotranspiratie). Dit water wat boven land verdampt, kan benedenwinds opnieuw als regen op de landoppervlak vallen. Op die manier wordt regen boven land gerecycled. Hoe dat zit. daar wil ik in deze blog verder naar kijken.

Wereldwijde neerslag recycling

In 2010 heeft Van der Ent een studie gepubliceerd naar de wereldwijde neerslag- en verdampingsrecyling boven land. Twee interessante dingen licht ik uit zijn studie: de neerslagrecyclingratio en de verdampingsrecyclingratio.

De neerslagrecyclingratio p_c is de hoeveelheid gerecyclede neerslag afkomstig van land gedeeld door de hoeveelheid totale neerslag. Hoe groter het getal is, hoe minder neerslag dus van zee afkomstig is.

Bron: https://pdfs.semanticscholar.org/2af6/8a82823c0523ae52b1943e75bd5b95d1ead3.pdf

verbeterde voedselproductie (8b): wie maken er nog meer regen?

Regen is van cruciaal belang voor al het leven op onze planeet. Regen is de start van de hydrologische cyclus. Regen kan alleen plaatsvinden als er wolken vormen. Wolken vormen zich doordat waterdamp van fase verandert: de waterdamp condenseert tot waterdruppels of desublimeert /rijpt tot ijs. In heel schoon water wat wordt afgekoeld onder de 0 graden C, zullen geen ijskristallen vormen tot ongeveer -40 graden als ineens alles bevriest. Om wel de eerste ijskristallen te laten vormen zijn condensatiekernen (condensatie kernen, Condensation Nuclei, CN) en bevriezingskernen (Ice Nuclei, IN) nodig, waar het ijskristal op kan vormen. Hiervoor moet het water dus een beetje vervuild zijn. Hier zijn heel veel verschillende materialen voor, stof, roet, klei, zoutkristallen, vulkanische as etc. De natuur blijkt echter ook een bijdrage te leveren en allerlei producten te leveren waarop condensatie dan wel sublimatie kan plaatsvinden. De natuur (planten en bodemleven) beinvloeden in die zin dus ons klimaat in zeer sterke mate (zie ook deze video).
In zes blogs binnen de serie "verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:

Ons voedsel (19): Is er een worm apocalyps gaande?

Recentelijk zijn er meerdere onderzoeken en berichten verschenen naar de invloed van de mens op het ecosysteem: het aantal insecten is dramatisch aan het afnemen, naar het verdwijnen van bossen en oerwouden (zie ook hier), naar de invloed van de opkomst van de mensheid op al het leven van andere wezens op onze planeet. Daar is een nieuwe aan toe te voegen: het aantal wormen lijkt ook sterk af te nemen. Maar eerst, wat doen wormen eigenlijk?

Bijdrage van wormen

Er zijn op aarde duizenden soorten wormen. Hierbinnen zijn ongeveer 2700 soorten regenwormen. Deze zijn op te splitsen in 3 groepen:

• Epigeics/strooiseleters: Deze zijn bruin of roodbruin. Ze voeden zich met rottend bodemmateriaal en zitten boven (in) de bodem. Ze zijn matig tot slecht in het graven van gangen in de bodem.
• Anecics/pendelaars: Deze wormen bewegen vooral verticaal en slepen organisch materiaal de bodem in (zie ook 2e figuur hieronder voor hun gegraven gangenstelsel).
• Endogeics/grondeters: Deze wormen bewegen horizontaal en verticaal door de bodem en eten organisch materiaal. Deze wormen bouwen uitgebreide gangenstelsels (zie ook 2e figuur hieronder voor hun gegraven gangenstelsel).

Ons voedsel (18): Bossen en oerwouden verdwijnen

In een eerdere blog over bomen heb ik laten zien hoeveel bomen bijdragen. Aan wel 28 verschillende dingen kunnen bomen bijdragen. Van temperatuur regulering, tot het maken van neerslag, van meer vruchtbaarheid van de bodem tot het geven van eten. Bomen zijn zeer indrukwekkende organismen, die van vitaal belang zijn voor het leven op onze planeet. Toch gaat het niet goed met de bomen: Bossen en oerwouden verdwijnen namelijk met een zorgwekkende snelheid, 5 voetbalvelden per minuut...
In deze blog wil ik een beeld schetsen hoe het er met de bossen en oerwouden op onze planeet voor staat. Er is heel veel informatie hierover beschikbaar, het lastige hierbij is echter dat verschillende methoden worden gebruikt, waardoor niet alles goed op elkaar aansluit. Het grote beeld is echter wel vergelijkbaar.

Hoeveel bomen zijn er eigenlijk en hoe snel verdwijnen deze eigenlijk?

In 2015 is door Yale universiteit een studie voltooid naar het aantal bomen op onze planeet. In 2015 bleken er 3,04*10¹² bomen te zijn op onze planeet. Dat komt neer op 400 bomen per persoon.
Echter, er verdwijnen 10⁹ bomen per jaar, grofweg op een gebied van 20 miljoen hectare (2015); dit komt neer op 1,5 gekapte boom per persoon per jaar. Op deze manier hebben we dus (zonder bevolkingsgroei) in 260 jaar geen boom meer over op onze planeet. Voor de mens zijn invloed op planeet aarde liet gelden, waren er ongeveer 2 keer zoveel bomen.

Verbeterde voedselproductie (13) - 32 dingen die bomen kunnen bijdragen

Het jaar 2018 zal de boeken ingaan als een zeer droog jaar. Mogelijk dat deze nog droger uitvalt dan de zomer van 1976: het neerslagtekort (neerslag - verdamping geaccumuleerd vanaf 1 april) dit jaar is groter geweest dan die tijdens de zomer van 1976. Maar of de hele zomer ook zo droog blijft en het neerslagtekort dus nog verder op zal lopen, dat weten we pas als de gewassen stoppen met verdampen en de herfstregens het neerslagtekort opheffen.

Bron: https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/droogtemonitor

Verbeterde voedselproductie (9): een gezond bodemleven

In de bodem leeft van alles, van verschillende grootte:
Plantenwortels, schimmels, bacterien, geleedpotigen (arthropods), nematoden/rondwormen, protozoa, aardwormen, kevers etc. Deze leven met elkaar, zijn van elkaar afhankelijk, of worden door elkaar opgegeten. Hoe gezonder de bodem, hoe meer er te vinden is. De bodem is dus een levend organisme. Deze afhankelijkheid resulteert in het zogeheten bodemvoedselweb.
Voor het schrijven van deze blog heb ik veel gebruik gemaakt van het online beschikbare werk van Elaine Ingham (waarnaar veel wordt gelinkt).

Het bodemvoedselweb

Bron: http://www.nuleaflawncare.com/wp-content/uploads/2012/02/00_sfw_dgrm2.gif

Verbeterde voedselproductie (3b): beinvloeden bomen de vorming van wolken II?

In de vorige blog heb ik aangegeven hoe bomen in staat zijn om invloed uit te oefenen op wolkenvorming middels de vorming van BVOC's. In deze blog wil ik ingaan op andere factoren bij bossen die een rol spelen bij het proces van wolkenvorming en neerslag recycling landinwaarts.

Wolken vorming in het landschap

Wolken vorming treedt op bij verschillende omstandigheden, maar de gezamenlijke factor is dat er altijd sprake van stijgende lucht die in hogere luchtlagen afkoelt, waardoor er condensatie van waterdamp kan optreden. De lucht stijgt bijvoorbeeld door de aanwezigheid van heuvels en bergen. Ook kan de lucht stijgen doordat de lucht opwarmt (warme lucht heeft een lagere dichtheid dan koude lucht en stijgt daardoor), zoals in de tropen gebeurt (de warme lage drukgebieden rond de evenaar, de ITCZ, waar ik in deze blog over heb geschreven).
Boven bossen vindt echter ook sterkere wolkenvorming plaats, dan boven naastgelegen niet bosgronden, zo laat een studie van de Universiteit van Wageningen zien.

Verbeterde voedselproductie (3a): beinvloeden bomen de vorming van wolken I?

Regen is van cruciaal belang voor al het leven op onze planeet. Regen is de start van de hydrologische cyclus. Regen kan alleen plaatsvinden als er wolken vormen. Wolken vormen zich doordat waterdamp van fase verandert: de waterdamp condenseert tot waterdruppels of desublimeert /rijpt tot ijs. In heel schoon water wat wordt afgekoeld onder de 0 graden C, zullen geen ijskristallen vormen tot ongeveer -40 graden als ineens alles bevriest. Om wel de eerste ijskristallen te laten vormen zijn condensatiekernen (condensatie kernen, Condensation Nuclei, CN) en bevriezingskernen (Ice Nuclei, IN) nodig, waar het ijskristal op kan vormen. Hiervoor moet het water dus een beetje vervuild zijn. Hier zijn heel veel verschillende materialen voor, stof, roet, klei, zoutkristallen, vulkanische as etc. De natuur blijkt echter ook een bijdrage te leveren en allerlei producten te leveren waarop condensatie dan wel sublimatie kan plaatsvinden. De natuur (planten en bodemleven) beinvloeden in die zin dus ons klimaat in zeer sterke mate (zie ook deze video).
In zes blogs binnen de serie "verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:

Verbeterde voedselproductie (5a): hydraulische herverdeling van water door bomen

Bomen hebben allerlei functies waar veel mensen zich niet van bewust zijn. Een bijzondere is de herverdeling van bodemvocht, zowel tijdens natte periodes, als tijdens droge periodes. Hoe dat werkt, daar gaat deze blog over.

Hoe werkt deze hydraulische herverdeling?

De meeste mensen zijn er bekend mee dat bomen het vermogen hebben om water op te zuigen waar het beschikbaar is en dit vervolgens naar de bladeren te transporteren, waar het kan verdampen. In natte tijden wordt meer water uit de bovenste bodemlagen opgezogen, en in drogere tijden wordt meer water uit dieper gelegen lagen gezogen, waar nog steeds water beschikbaar is.
Onderzoek laat echter zien dat door het verschil in zuigspanning tussen verschillende lagen in de bodem, water in natte tijden niet alleen wordt opgezogen door de wortels in de natte bodemlagen om te worden gebruikt door de plant, maar ook kan worden getransporteerd naar diepere, drogere bodemlagen waar het wordt afgegeven aan deze bodemlaag. De wortels van de bomen helpen dus om het water her te verdelen over de bodem, zodat er een snellere infiltratie van water plaats kan vinden.
Daarnaast vindt in droge tijden precies het omgekeerde plaats: het water wordt vanuit diepere lagen door de bomen opgezogen en gebruikt door de bladeren, maar ook getransporteerd naar ondiepe lagen, waar het gebruikt kan worden door andere planten.

Verwoestijning (3): Versterkt verwoestijning zichzelf?

Woestijnen zijn gebieden met weinig neerslag, en daardoor hebben ze een zeer specifieke en vaak kortdurende biodiversiteit en vegetatiegroei. Mede hierdoor zijn het gebieden met extreme temperaturen: temperaturen zijn hoog gedurende de dag en laag gedurende de nacht.

De vraag rondom verwoestijning is, versterkt het proces van verwoestijning zich? Indien dat namelijk zo is, dan is verwoestijning een stuk moeilijker te bestrijden.

Daarom een zoektocht naar het proces van verwoestijning. Hierbij heb ik dankbaar gebruik gemaakt van de uitgebreide zoektocht die een goede vriend van me al heeft beschreven.

Invloed van woestijn op neerslag

Op in ieder geval 4 (aan elkaar gerelateerde) manieren hebben de woestijnen invloed op de neerslag:
- Stof uit de woestijn
- beschikbaarheid van bodemvocht
- temperatuur aan de grond
- beschikbaarheid van neerslagkernen

Ons voedsel (14), Verwoestijning (1): Hoe beinvloed landbouw verwoestijning?

De mens heeft op onze planeet een steeds grotere invloed. Deze invloed is vooral te zien rondom de stijging van de broeikasgassen, klimaatverandering en verminderde bio diversiteit. Maar hoe staat het met de invloed van de landbouw op verwoestijning?

Antropogene transformatie

Algemeen lijkt te gelden dat waar veel mensen zijn geweest, hier een impact wordt achtergelaten. Hoe groter de bevolkingsdichtheid, hoe groter de impact. Het samenvoegen van heel veel historisch onderzoek heeft inzicht gegeven in hoe de bevolkingsdichtheid in de afgelopen 5000 jaar gevarieerd heeft:

Bron: https://ourworldindata.org/wp-content/uploads/2013/05/world-maps-of-population-density-over-the-last-5000-years-goldewijk-beusen-and-janssen-2010.png