Toepassing van drones voor de studie van ecologische processen in gemengde bossystemen (Pijnven)
Drones kunnen ingezet worden om vanuit de lucht op afstand metingen te doen van diverse ecosystemen. Voor zijn masterproef aan de faculteit Bio-ingenieurswetenschappen (UGent) gebruikte Jacob de Rauw een drone, uitgevoerd met een thermische en een multispectrale camera, om informatie te krijgen over het ecosysteemfunctioneren van het boomsoort-diverse proefbos in het Pijnven (FORBIO).
Hij werd voor dit onderzoek begeleid door Prof. Wouter Maes, Prof. Kris Verheyen en Dr. Haben Blondeel.
Remote sensing met drones
Remote sensing (teledetectie) biedt mogelijkheden om veldmetingen aan te vullen of zelfs te vervangen. Biodiversiteitsonderzoek met remote sensing meet ofwel de reflectie (hoeveelheid licht die wordt weerkaatst) voor verschillende golflengten, ofwel de temperatuur van vegetatie. Deze patronen onthullen eigenschappen van de bladeren, de weefselchemie, anatomische structuren en morfologische kenmerken van de vegetatie.
Zo kan niet alleen de vegetatie-structuur maar ook de nutriëntengehaltes, de gezondheid en het stressniveau van planten in kaart worden gebracht. Daardoor biedt teledetectie mogelijkheden voor het meten van functionele planteigenschappen.
FORBIO en TreeDivNet
Ondanks het wereldwijde belang aan bosecosystemen, is de impact van biodiversiteit op het functioneren van bosecosystemen nog niet voldoende gekend. Om die reden werd het TreeDivNet-experiment opgesteld (2009-2012). Dit experiment biedt een uniek platform voor onderzoek naar de relatie tussen de diversiteit van boomsoorten en het functioneren van ecosystemen in belangrijke bosecosystemen over de hele wereld (ForNaLab, Gent Universiteit). Een deel van het TreeDivNet situeert zich in België en wordt het FORBIO-experiment genoemd. Naast Zedelgem en Gedinne maakt het proefbos in het Pijnven in Hechtel-Eksel deel uit van dit onderzoek. De thesis van Jacob gebruikt deze sites om de relatie tussen boomsoort-diversiteit en ecosysteemfunctioneren met teledetectie te onderzoeken.
Onderzoek Jacob de Rauwe
Op basis van metingen met een multispectrale en een thermale camera, die bevestigd waren op een drone, werd een achttal vegetatie-indices berekend. Op basis van deze vegetatie-indices werd er een inschatting gemaakt van vier functionele bladkenmerken: de hoeveelheid bladoppervlakte (in het Engels: leaf area index, LAI), het chlorofylgehalte, de fractie van de geabsorbeerde fotosynthetisch actieve straling (fraction of absorbed photosynthetically active radiation, FAPAR) en het watergebruik door de planten.
Resultaten
Gebaseerd op de LAI-indicatoren kon er worden geconcludeerd dat de LAI niet significant stijgt of daalt voor plots met meer soorten in vergelijking met monoculturen. Er is met andere woorden op geen enkele locatie en voor geen enkele LAI-indicator een relatie te zien tussen de soortenrijkdom en de LAI.
Op basis van twee chlorofyl-indicatoren kon er worden vastgesteld dat de soortenrijkdom wel degelijk een significante invloed heeft op het chlorofylgehalte. Bij een groter aantal soorten is er een licht hoger chlorofylgehalte. Dit verschil was wel alleen significant in Zedelgem.
Ten derde was er een licht positieve trend waar te nemen in FAPAR. Dit betekent dat er binnen een plot met meerdere soorten een hogere variabiliteit is dan bij monoculturen.
Ook voor de stomatale geleidbaarheid geeft de gemeten index weinig significante verschillen op. Er is maar één locatie waarbij er een licht dalende trend merkbaar is, dit kan een eerste indicatie geven van het feit dat composities meer transpireren dan monoculturen.
Algemeen kan er dus worden geconcludeerd dat de verschillen nog klein zijn, maar dat er voor sommige functionele bladkenmerken wel degelijk indicaties zijn dat diversiteit een positief effect heeft op ecosysteemfunctioneren. Dit effect is waarschijnlijk nog relatief beperkt omwille van de nog jonge leeftijd van de bestanden (10-tal jaren).
Een ander biodiversiteitseffect dat voor alle indices en voor de meeste metingen wel duidelijk geldt: de variatie in de mediaan neemt sterk af naarmate er meer soorten zijn in een plot. Een meer constante biomassa, chlorofylgehalte, FAPAR en watergebruik geeft aan dat composities een betere controle uitoefenen op het ecosysteem
Functionele planteigenschappen
Een belangrijke bron van informatie om een beter inzicht te krijgen in functioneel biodiversiteits-onderzoek zijn hun functionele planteigenschappen. Ze worden gedefinieerd als alle morfologische, fysiologische en fenologische kenmerken van planten die de algemene fitness van planten beïnvloeden door hun impact op overleving, groei en voortplanting.
Variaties in functionele planteigenschappen beïnvloeden de eigenschappen en dus ook het functioneren van ecosystemen, aangezien soorten reageren op het klimaat, verstoringen en biotische interacties.
Hoewel gegevens over functionele planteigenschappen relatief goed kunnen worden verkregen uit veldmetingen, zijn deze metingen beperkt tot een klein gebied, tot een bepaald moment in de tijd en alleen voor een bepaald aantal soorten.
Functionele planteigenschappen worden doorgaans opgedeeld in drie categorieën: blad, hoogte en zaad-gerelateerd. De focus in het eindwerk van Jacob ligt op de blad functionele kenmerken.
Blad functionele kenmerken
De functionele kenmerken van bladeren worden vaak beschouwd als belangrijke parameters om de respons van planten op hun omgeving te specificeren. Zo worden eigenschappen als bladmassa per oppervlakte en bladdikte beïnvloed door vele omgevingsvariabelen, zoals straling, watervoorziening, temperatuur, zoutgehalte, voedingsstoffen en andere. Andere eigenschappen, zoals de het stikstofgehalte en de fotosynthetische capaciteit, worden dan weer erkend als significante voorspellers van de biomassa-respons op de opwarming van het klimaat.