Uitwerkingen van het bos als systeem.

Transcriptie

1 Uitwerkingen van het bos als systeem. 14 december 2016 Inhoud 1. Inleiding Het bos als systeem Het bos als systeem: relatiecirkels Het bos als systeem: mindmaps Zicht krijgen op processen in het bos Zicht krijgen op kringlopen in het bos Terugkoppelingen in het bos Causale lussen voor complexere situaties Archetypen Inleiding. De uitwerkingen geven meer een denkrichting aan dan een exact antwoord. Dat betekent dat uw uitwerking altijd anders zal zijn, dan wat hierna volgt. Ondergetekende is erg geïnteresseerd in uw aan- of opmerkingen bij dit document. Aarzel niet ze te mailen naar 2. Het bos als systeem. A. Componenten. Deze kunnen worden opgesplitst in: a. Abiotische componenten (de niet levende natuur): waterstromen, licht, warmte, voedingsstoffen, bodem, CO 2, O 2,.. b. Biotische componenten (de levende natuur): bomen, struiken, kruiden, vogels, insecten,.. c. Antropogene componenten (de door de mens ingebrachte componenten): bosaanplant, stikstofdepositie, paden, bruggetjes,.. B. Componenten kunnen tastbaar en niet tastbaar zijn. De onderstreepte componenten onder A zijn de niet tastbare. C. Processen. Wanneer bezoekers in het bos een bepaalde route volgen dan zal de bodem daar verdichten en krijgt vegetatie weinig kans. Omdat er weinig vegetatie is zullen bezoekers de neiging hebben dat paadje te blijven volgen etc. Processen lopen af op verschillende tijdschalen. Onderstaande vragen laten dat verschil ervaren: Pagina 1 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

2 a. Hoe lang zou het duren voordat vogels processierupsen leren eten? b. Hoe lang heeft het geduurd voordat een invasieve vorm (bv. waterpest) weer tot een bescheiden proportie gereduceerd is. c. Hoe lang duurt het voordat zich nieuwe ziekten op invasieve vormen ontwikkelen? d. Hoe lang duurt het vormen van een bodem onder een bos? e. Hoe lang heeft het geduurd voordat het sediment waarin de bodem zich ontwikkelt, is afgezet? Wanneer werd dat sediment afgezet? f. Veel processen zijn door de mens beïnvloed. Denk aan grondwaterstandsverlaging, eutrofiëring, versnippering,.. D. Geef voorbeelden van componenten die met elkaar in wisselwerking staan. Het gebruik van gifstoffen door planten om belagers af te weren is een fraai voorbeeld van wisselwerking in evolutie (co-evolutie). Herbivoren eten bepaalde plantensoorten. Plantenindividuen binnen een soort die het sterkste gif produceren om belagers te weren hebben een concurrentievoordeel. De natuurlijke selectie zorgt ervoor dat deze meer resistentere exemplaren gaan overheersen. Maar hetzelfde geldt voor de herbivore belagers. Die soorten die zich het beste hebben gewapend tegen het plantengif hebben een concurrentievoordeel op soorten/soortgenoten en die zullen gaan domineren. Daardoor dwingen zij de planten met nog weer effectievere giffen op de proppen te komen. Geef voorbeelden van componenten die van elkaar afhankelijk zijn. De lijsterbes die in het bos spontaan is gaan groeien, kwam er terecht doordat een merel het lijsterbeszaadje daar heeft uitgepoept. De lijsterbes is voor zijn verspreiding afhankelijk van merelmagen. Geef voorbeelden van zowel wisselwerking als afhankelijkheid. Het vorige voorbeeld kan ook wisselwerking impliceren. Doordat merels zaden van de lijsterbes verspreiden bevat het bos straks voldoende lekkere bessen voor de merel om te kunnen overleven. E. Het bos is een open systeem: geef voorbeelden van uitwisseling van materie en energie. Materie: neerslag die als onderdeel van de kringloop van het water door het bosecosysteem circuleert. Water dat in de bodem is gedrongen wordt via de wortels opgenomen en door de huidmondjes als waterdamp weer aan de atmosfeer terug gegeven. Of ook stikstofdepositie leidend tot verbraming van het bos; de introductie van exoten in een ecosysteem. Licht: als energie bij de fotosynthese. F. Systeem en subsysteem. Het bos vormt een onderdeel van het landschap waartoe de stad, de akker en het weiland behoren. Het landschap is een systeem, de genoemde onderdelen zijn subsystemen. G. Geef enkele functies aan van het (sub)systeem bos. Hier kan worden gerefereerd aan ecosysteemdiensten die bos vervult t.b.v. de menselijke samenleving (het sociaaleconomische systeem). Dan valt te denken aan: Productiefunctie: hout (als grondstof, bouwmateriaal, brandstof), maar bijvoorbeeld ook stoffen t.b.v. geneesmiddelen of parfums. En allerlei overige niet houtproducten als bessen, noten, lianen etc. In het verleden werd bosstrooisel gebruikt in de potstal. Regulatiefunctie: reguleren water, reguleren CO 2, klimaatregulatie, Het aanplanten van meer bomen in de stad om straks extremere hitte te kunnen weerstaan. Culturele functies: de recreatie-, de esthetische- en de educatieve functie van het bos. Pagina 2 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

3 Ondersteunende diensten: kringloop van voedsel, primaire productiefunctie, bodemvorming. H. Subsystemen. Verschil met componenten? De opdeling van een systeem in subsystemen is sterk afhankelijk van het schaalniveau dat wordt gehanteerd. Dat geldt ook voor het onderscheid component / (sub)systeem. Een systeem bestaat uit componenten. Een component wordt niet verder opgedeeld en bestaat dus op zich. Het is een black box. Bij gedetailleerder onderzoek kan een component vervolgens worden opgedeeld in kleinere samenhangende componenten. In dat geval was de component dus een systeem. Afhankelijk van het gekozen schaalniveau kan het antwoord op deze vraag totaal anders zijn. In het bos gelden de volgende subsystemen: atmosfeer, hydrosfeer, biosfeer, geosfeer (waaronder de pedosfeer) en noösfeer (de sfeer van de menselijke geest). Biosfeer kan worden opgedeeld in flora en fauna. Wederom een kwestie van schaalniveau. 3. Het bos als systeem: relatiecirkels. Een mogelijke uitwerking van de opdracht relatiecirkel is: Figuur 1 Uitwerking relatiecirkel. Het verhaal bij de relatiecirkel. Toen na de introductie van kunstmest eind 19 e eeuw de heide niet langer nodig was t.b.v. de landbouw kreeg deze een andere productiefunctie en wel het leveren van hout. Daartoe werd massaal naaldhout aangeplant. Gaandeweg echter wijzigt de visie op het gebruik van bos. Houtproductie komt op het tweede plan, recreatie en natuurherstel krijgen meer prioriteit. De monotone dennenakkers kunnen deze functies niet vervullen en daarom wordt begonnen met de Pagina 3 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

4 omzetting van naaldhoutbossen naar natuurlijker gemengd bos. De consequentie van de daardoor verminderde houtproductie kan, omdat de houtbehoefte niet afneemt (ja zelfs nog toeneemt), zijn dat meer hout moet worden geïmporteerd. Dat gaat ten koste van bossen elders op deze wereld. Betreft dat kappen in tropische, primaire bossen dan kon dat de in Nederland geboekte biodiversiteitswinst wel eens teniet doen. 4. Het bos als systeem: mindmaps. De opdracht is uitgewerkt op 2 niveaus: de tweede uitwerking is een gedetailleerdere versie van de eerste. Gekozen is het thema: de ontwikkeling van bos en landschap op de zandgronden in zuidoost Nederland. Figuur 2 Bos en landschap op zandgronden globaal Van oorsprong kent zuidoost Nederland een landschap dat wordt gedomineerd door bos. De mens gaat dat bos door zijn agrarische activiteiten beïnvloeden en vervangt het bos door een reeks nieuwe landschapstypen. Deze heterogenisatie vergroot de biodiversiteit. Tot de komst van kunstmest rond 1890, maar met name na de Tweede Wereldoorlog en dan vooral door de introductie van de bioindustrie wijzigt dat beeld drastisch. Door overbemesting neemt de biodiversiteit ingrijpend af. Het landschap homogeniseert. Dat plaatje kan worden gedetailleerd door bijvoorbeeld aan te geven Pagina 4 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

5 welke ingrepen op welk moment plaatsvonden en door die ingrepen met bijbehorende resultaten uit te werken. In onderstaande mindmap is dat gebeurd. Pagina 5 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

6 Populatie omvang in miljoenen Figuur 3 Bos en landschap op zandgronden meer gedetailleerd Ook deze uitwerking kan weer verder worden gedetailleerd. Elk nieuw landschapstype heeft weer zijn kenmerkende bodems: de haarpodzolen van de heide, de enkeerdgronden van de bolle akkers,. Het niveau van detaillering wordt bepaald door datgene wat men wil illustreren/uitleggen met behulp van de mindmap. 5. Zicht krijgen op processen in het bos. De processierups is een invasieve soort die profiteert van het warmer wordende klimaat. Vanuit het zuiden rukt zij op naar het noorden. De natuurlijke vijanden van de rups doen dat in mindere mate, waardoor de rups aanvankelijk een concurrentievoordeel verwerft. Een explosieve groei is dan ook te verwachten. Een groei die enkel wordt afgeremd door de beschikbaarheid van voldoende voedselbronnen. Daarom ook dat de aanvankelijke exponentiële groei op de duur zal afvlakken. Tenzij de rups er natuurlijk in slaagt nieuwe voedselbronnen te exploiteren. Zo is de rups recentelijk al gezien op Amerikaanse eik en Wilg. Dan ontstaat er een nieuwe groeifase. In onderstaande gedragspatroongrafiek is deze ontwikkeling in beeld gebracht. Processierups, aanboren nieuwe voedselbron Processierups Met nieuwe voedselbron 10 0 Verleden Nu Toekomst Figuur 4 Gedragspatroongrafiek Processierups en nieuwe voedselbron De explosieve groei van de rups kan de mens controleren door bestrijding. Hoewel wordt beweerd dat daarbij milieuvriendelijke bestrijding wordt gebruikt, betekent de inzet van gif toch vaak de dood van koolmeesjongen die met rupsen worden gevoerd. Weliswaar voedt de koolmees zijn jongen niet met processierupsen maar ook andere rupsen worden door het gif getroffen. Het gif is niet selectief. Onderstaande gedragspatroongrafiek brengt dat in beeld. Omdat op een bepaald moment de Pagina 6 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

7 Populatie omvang in miljoenen bestrijding effectief zou kunnen zijn, loopt de bestrijdingsintensiteit terug en daarmee ook de koolmeessterfte. Processierups, effectieve bestrijding en neveneffecten Processierups Sterfte onder koolmeesjongen 5 0 Verleden Nu Toekomst Figuur 5 Bestrijding processierups en neveneffecten De komst van natuurlijke vijanden levert een grafiek op die veel lijkt op figuur 5. Deze komst leidt de neergang in van de exponentiële groei van de rups. De groei van de natuurlijke vijand gaat stug door ook nadat het aantal processierupsen al is afgenomen. De vijand anticipeert te laat op dit vertragingseffect in het systeem en moet dat bekopen met een snelle neergang. Deze neergang van de vijand gaat ook net weer iets te lang door en de processierups herstelt zich daardoor licht. Die groei zal weer een toename van de natuurlijke vijand bewerkstelligen. Na wat heen- en weerschommelingen kan zich zo op den duur een evenwicht instellen. Totdat.. Pagina 7 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

8 Populatie omvang in miljoenen Opkomst processierups en opkomst van natuurlijke vijanden Processierups Natuurlijke vijanden 5 0 Verleden Nu Toekomst Figuur 6 De ontwikkeling van de processierups na de opkomst natuurlijke vijanden Aanvulling: Processen in systemen kunnen naast krimp ook groei vertonen. Deze groei kan zijn: Onregelmatig. De (absolute dan wel relatieve) toename wisselt per tijdsperiode. Regelmatig: o Lineair. Er is sprake van groei met per tijdseenheid eenzelfde hoeveelheid. o Exponentieel. Er is sprake van groei met per tijdseenheid eenzelfde percentage. Exponentiële groei is explosief. Binnen korte tijd kan er verdubbeling van de uitgangswaarde optreden. Deze verdubbelingstijd is eenvoudig te berekenen door het getal 70 te delen door het groeipercentage. Zo leidt 5% groei per jaar tot een verdubbeling in 16 jaar (70:5). o Onderstaande figuur toont het verschil tussen lineaire en exponentiële groei. Pagina 8 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

9 Omvang Omvang Lineaire groei Exponentiële groei Tijd Figuur 7 Lineaire en exponentiële groei Exponentiële groei in de natuur is bekend van exoten die terechtkomen in een omgeving met veel hulpbronnen en nagenoeg afwezige of te zwakke concurrentie. Dat betekent niet dat er geen grenzen aan deze groei zouden zitten. Het risico van exponentiële groei 1 is dat door de snelheid ervan het draagvermogen van een systeem wordt overschreden. Gesproken wordt van overshoot. Deze overshoot is een gevolg van vertragingen in het systeem. Gevolg van overshoot is dan ook vaak ineenstorting van de populatie (collapse). Onderstaande figuur (de rode lijn geeft het draagvermogen aan) brengt dat in beeld Tijd Figuur 8 Overshoot-collapse model 1 Zie A.Barlett, The most important video you ll ever see op voor nadere informatie. Pagina 9 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

10 Overshoot-collapse heeft grote betekenis in relatie tot duurzame ontwikkeling. Onderstaande figuur is ontleend aan het Living Planet Report 2016 van het WNF en probeert duidelijk te maken dat de menselijke economie het draagvermogen van de planeet heeft overschreden. Figuur 9 Mondiale ecologische voetafdruk Vele ontwikkelingen in menselijke samenleving (denk aan mondiale bevolkingsgroei) en economie laten exponentiële groeipatronen zien. Dat is niet duurzaam. Duurzame ontwikkeling is er dan ook op gericht binnen de grenzen van het systeem aarde te blijven. Zie Rockström e.a. A safe operating space for humanity, versie Zicht krijgen op kringlopen in het bos. De koolstofkringloop. In de natuurgidsencursus vormden kringlopen een belangrijk thema, o.a. de CO 2-kringloop. Totdat het effect van CO 2 op klimaat steeds duidelijker werd, was het vaak een theoretisch onderdeel, waarvan het belang niet groot werd ingeschat. Met de klimaatverandering blijkt het ineens een cruciaal onderwerp. Reden om er hier meer aandacht aan te schenken. De tijdschaal waarop de CO 2 kringloop zich voltrekt is belangrijk. Veelal wordt dat beperkt tot de korte CO 2 kringloop met centraal daarin de fotosynthese. Dat is nuttig om bijvoorbeeld duidelijk te maken dat bosbehoud geen, maar herbebossing wel een bijdrage levert aan het oplossen van het CO 2-probleem. Ook laat de korte kringloop zien, dat wat door planten aan CO 2 wordt vastgelegd in principe ook weer terug in de kringloop komt. Planten werken CO 2 neutraal. Maar vooral de middellange cyclus is voor begrip van bv zaken als klimaatverandering en verzuring van oceanen wezenlijk. De lange koolstofkringloop is nodig om te begrijpen dat de aarde het klimaat op lange tijdschalen stabiliseert waardoor de temperatuur miljoenen jaren lang binnen grenzen is gebleven waarbij het leven op aarde heeft kunnen voortbestaan. Bovendien geeft de lange kringloop inzicht in de CO 2opslag in fossiele energie en het vrijkomen er van bij verbranding. De korte koolstofkringloop (van jaren tot eeuwen). Pagina 10 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

11 Het is interessant te constateren dat mensen zijn ingeschakeld in de koolstofkringloop. De mens ademt lucht in, haalt er wat zuurstof uit en bij uitademen is er een relatieve verrijking aan CO 2 opgetreden. Via organische verbindingen wordt CO 2 in ons lichaam vastgelegd. Dat wordt tijdens ons leven van het systeem aarde geleend. Bij ons overlijden en de afbraak van menselijke weefsel wordt het CO 2 weer aan het systeem teruggegeven. De mens is op allerlei wijzen in de kringloop van koolstof ingeschakeld, zoals ook alle andere levende wezens. In het perspectief van de aardse koolstofkringlopen is dit een korte kringloop. Onderstaande grafieken zijn erg bekend. Figuur 10 De Keeling curve Figuur 11 Inmiddels is de grens van 400 ppm gepasseerd. In 1958 is de Amerikaan Keeling begonnen met het meten van de CO 2-concentratie in de atmosfeer. Hij deed dat ver weg van allerlei mogelijke verstorende bronnen en wel op het Hawaii-eiland Mauna Loa. Niet alleen toont de grafiek de toename van de hoeveelheid CO 2 sinds het begin van de waarnemingen. Op dit moment is de toename >3 ppm/jaar; tendens stijgend. Maar ook het zaagtandpatroon valt op. Dat patroon is uitvergroot in figuur 11. CO 2 vertoont een jaarlijkse gang die vooral wordt bepaald door de vegetatie op het noordelijk halfrond; het zuidelijk halfrond heeft te Pagina 11 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

12 weinig landmassa en dus vegetatie om het algehele beeld te beïnvloeden. In het voorjaar op het noordelijk halfrond, komt de groei van biomassa op gang. De CO 2 concentratie daalt, omdat steeds meer koolstof in plantenweefsel wordt vastgelegd. In het najaar is een omgekeerd effect te zien, omdat door afbraak van biomassa de CO 2 weer aan de atmosfeer wordt terug gegeven. De korte kringloop, gestuurd door de biosfeer, is ingeschakeld in een kringloop op middellange termijn. De middellange koolstofkringloop (millennia). De sturende factor in de middellange kringloop is de oceaan. Wanneer het gehalte aan CO 2 in de atmosfeer wordt verhoogd (verlaagd), dan zal door uitwisseling het koolstofgehalte van de oceaan toenemen (afnemen). Dat gebeurt aan het wateroppervlak. Door stroming van oceaanwater, oppervlaktestroming maar zeker ook door dieptestroming, wordt oceaanwater met een licht verhoogde CO 2-concentratie (verlaagde maar daar zullen we verder geen melding meer van maken) in de oceaan verdeeld. Door deze verdunning zal de CO 2 concentratie van oceaanwater maar zeer langzaam oplopen. Er zit een zeer sterke vertraging tussen de hogere concentratie in de atmosfeer en die in de hydrosfeer. Anders gezegd: de oceanen hebben een groot bufferend vermogen. De middellange kringloop vormt weer een onderdeel van de lange kringloop. Zo leggen organismen die kalkskeletjes maken, bijvoorbeeld foraminiferen, daarmee CO 2 vast. Na afsterven worden deze skeletjes onderdeel van het zeesediment. Zeesediment dat bij subductie van aardplaten mee de mantel van de aarde kan worden in genomen. Daarbij moet worden gedacht aan geologische tijdsbestekken. De lange koolstofkringloop (miljoenen jaren). Inmiddels staat vast dat de aardkorst bestaat uit een aantal platen die zich ten opzichte van elkaar bewegen. Platen kunnen langs elkaar heen schuiven, ze worden gevormd bij midoceanische ruggen en ze kunnen botsen en gebergtes vormen. In dat laatste geval kan een plaat ook (gedeeltelijk) de diepte van de aardmantel induiken en gerecycled worden. Daarmee kan CO 2 in de mantel verdwijnen. Bij vulkanisme daarentegen komt weer materiaal naar boven en kan CO 2 ontsnappen. Zo zorgen geologisch tektonische processen voor zowel een sink als een source van CO 2. Vulkanisme is de belangrijkste bron (source) van CO 2 in de lange koolstofcyclus. Zou die source koolstof blijven leveren, dan neemt het CO 2 gehalte in de atmosfeer constant toe met uiteindelijk een uit de hand lopend broeikaseffect als resultaat. Een belangrijk tegeneffect wordt geleverd door de chemische verwering van gesteenten; de zogenaamde silikaatverwering. Bij chemisch verwering wordt CO 2 vastgelegd. Omdat op deze wijze een evenwicht en dus gelijkmatiger temperatuur van de aarde wordt bewerkstelligd, wordt wel gesproken van de verweringsthermostaat 2. De werking daarvan lijkt op een echte thermostaat. Toename van CO 2 in de atmosfeer verhoogt de temperatuur. Een hogere temperatuur versnelt de chemische verwering. Versnelling van de chemische verwering leidt tot afname van de hoeveelheid CO 2 in de atmosfeer, waardoor de temperatuur daalt. Een lagere temperatuur betekent afname van de chemische verwering, waardoor het CO 2 gehalte weer gaat oplopen. De vulkanen werken immers door. De temperatuur stijgt enzovoorts. In werkelijkheid is het proces oneindig veel gecompliceerder. Enkele processen om dat te illustreren, zonder verder in details te treden: 2 De verweringsthermostaat is gebaseerd op de Urey reactie CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 Pagina 12 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

13 Door de vorming van steenkool, aardolie en aardgas is voor zeer lange tijd CO 2 aan genoemde kringlopen onttrokken. Dat de mens deze CO 2 weer vrij maakt is bedenkelijk als gelet wordt op de geologische klimaateffecten van een verhoogde CO 2-concentratie. De plaattektoniek kan continenten dichter bij de evenaar concentreren. Dichter bij de evenaar geeft hogere temperaturen. Hogere temperaturen, zeker in combinatie met een hoge vochtigheid, versnellen de chemische verwering en daarmee de vastlegging van CO 2. Gebergtevorming leidt tot expositie van grote hoeveelheden gesteente aan de atmosfeer. Dat vergroot de chemische verwering. Niet voor niets dat er klimatologen zijn die omvangrijke gebergtevorming, bv de vorming van Alpen t/m Himalaya, zien als oorzaak van mondiale afkoeling tot ijstijden. Zeespiegelstijging verkleint de expositie van gesteenten. Dat remt chemische verwering. Bodemvorming schermt onderliggende rots af voor de inwerking van het weer. Zo leidt bodemvorming tot het afremmen van chemische verwering en dus van vastlegging van CO 2. De betekenis van bos in de CO 2 kringloop is groot. In bosbiomassa is veel koolstof vastgelegd. Bij ontbossing komt dat in de atmosfeer. Herbebossing draagt omgekeerd bij aan het verlagen van het atmosferisch koolstofgehalte. In tegenstelling tot wat wel eens wordt gedacht, draagt het handhaven van bossen niet bij aan de oplossing van het atmosferisch CO 2 probleem. Tenzij er door het verhoogde koolstofgehalte sprake is van toename van de biomassa. Onderzoek toont aan dat daar inderdaad sprake van is. In tropische bossen leidt het vermoedelijk ook tot verschuiving tussen soorten. Er zijn aanwijzingen dat lianen meer profiteren van het verhoogde CO 2 gehalte in de atmosfeer dan bomen. Op deze wijze zouden concurrentieverhoudingen door CO 2 beïnvloed kunnen worden. De waterkringloop. Onderstaande figuur illustreert de waterkringloop. Ook daarin zijn verschillende tijdshorizonten te herkennen. Figuur 12 De kringloop van het water Pagina 13 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

14 Bij de kringloop van water wordt altijd gedacht aan zoet water. Maar ook de oceanen kennen hun kringlopen. Oceaanstromingen verplaatsen niet alleen energie, maar ook water. Toename van dichtheid van oceaanwater kan ertoe leiden dat een stroming de diepte induikt. Illustratief is dat bij de Warme Golfstroom. Op weg van het Caraïbisch gebied naar de Noordpool verdampt er relatief veel water, waardoor het zoutgehalte toeneemt. Door bevriezing nabij de polen neemt die zoutconcentratie verder toe. In ijs wordt immers het zout niet meegenomen. Dat verhoogt wederom de dichtheid, nog versterkt door de afkoeling van het water. Tussen IJsland en Groenland is het water zo dicht geworden dat het naar de bodem van de oceaan gaat zakken en zich daar als bodemstroom verder beweegt. Gesproken wordt van een thermohaliene stroming. Deze is voor het diepe oceaanleven van groot belang, omdat alleen op deze wijze zuurstof in de diepe oceaan beschikbaar kan zijn. In periodes dat de oceaanstromen zwak respectievelijk afwezig zijn, treden in de oceanen anaerobe omstandigheden op. De rol van bos in de zoetwaterkringloop is groot. Een voorbeeld om dat te illustreren. Figuur 13 Waterbalans Amazonegebied Figuur 13 laat zien dat het Amazonebos het zoete water in hoge mate in een eigen gesloten kringloop houdt. Door verdamping (evaporatie) en uitzweten (transpiratie) geldt dat voor 74,1% van de beschikbare waterhoeveelheid. Het op grote schaal kappen van tropisch bos kan deze precaire waterbalans verstoren. Gebeurt dat dan wijzigt zich het Amazoneklimaat van warm vochtig (tropisch regenwoudklimaat) naar warm en droog (savanneklimaat). Het is een van de onderkende mondiale tipping points. Mondiaal omdat verandering van het Amazoneklimaat niet alleen een ramp zal zijn voor het gebied zelf. Het mondiale klimaat zal erdoor worden beïnvloed. De voedsel(nutriënten)kringloop. Van de voedselkringloop zijn vele varianten denkbaar. De meest simpele vorm toont onderstaande figuur. Pagina 14 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

15 Figuur 14 Eenvoudige voedselkringloop Detaillering is mogelijk door de dieren op te delen in herbivoren, omnivoren en carnivoren. Dan ontstaat al gauw een voedselpiramide. Ook kan worden gekeken naar de schaal van de kringloop. In onderstaand voorbeeld wordt daartoe een aanzet geschetst. Figuur 15 Lokaal gesloten kringloop van nutriënten In een natuurlijke situatie is de kringloop op lokaal niveau gesloten. Dat is wel afhankelijk van het gekozen detailleringsniveau. Immers tussen verschillende ecosystemen bestaan teleconnecties. Een beroemd voorbeeld is dat van transport van Saharastof naar het Amazonegebied door de passaatwinden. Het bos profiteert zo van mineralen die uit de Sahara afkomstig zijn. Door agrarische activiteiten wordt als neveneffect stikstof via de atmosfeer afgezet in natuurgebieden. En zo zijn er nog vele andere voorbeelden te noemen. In grote lijnen geldt echter dat in een natuurlijk bos sprake is van een gesloten voedselkringloop. Zodra aan bos producten onttrokken worden, raakt dat beeld verstoord. Door het weghalen van strooisel teneinde akkers te bemesten hebben onze voorouders op de zandgronden een proces gestart van degradatie van het bos tot heide. Op de heide zette de mens dat proces voort. Tot 1750 door strooisel te oogsten, na dat jaartal door plaggen te steken. Maar dat niet alleen; ook door er schapen te laten grazen. Deze schapen en de mens haalden op deze wijze de vruchtbaarheid van de heide weg die daardoor steeds verder verarmde. Via de potstal, waar de uitwerpselen van de Pagina 15 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

16 schapen in het strooisel en later de heideplaggen werden opgepot, kreeg de verarming aan mineralen van de heide vorm. De mest die werd opgebracht op de akkers verhoogde de vruchtbaarheid. Op regionaal niveau was de kringloop nog steeds gesloten, maar op lokaal niveau niet meer. Onderstaande figuur brengt dat in beeld. Figuur 16 Lokaal open en regionaal gesloten kringloop En dan de huidige situatie. Via de soja uit Brazilië/Zuid Amerika worden mineralen naar onze intensieve veehouderij gebracht. De kringloop is niet langer gesloten en blijft als restproduct een overmaat aan mest over. Hierbij bestaat een samenhang met het bos. Om de grootschalige sojaverbouw mogelijk te maken zijn grote delen van het zuidelijke Amazonegebied inmiddels in akkers omgezet. Mede gezien het enorme biodiversiteitsverlies dat hier het gevolg van is, een duurzaamheidsprobleem van de eerste orde. Figuur 17 Open nutriëntenkringloop 7. Terugkoppelingen in het bos. A. Voorbeelden van negatieve terugkoppelingen in het systeem bos: Als de temperatuur van de omgeving gaat oplopen gaan de huidmondjes (stomata) van de boombladeren in het bos zich verder openen. Dat stelt planten in staat meer water te verdampen door transpiratie. De verdamping zal energie aan de omgeving onttrekken, waardoor de temperatuurstijging wordt getemperd. Dat is dan ook de reden dat het op een hete zomerdag heerlijk koel kan zijn in het bos. Pagina 16 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

17 Op pagina 7 worden populatiecontrolemechanismen toegelicht als voorbeelden van negatieve terugkoppelingen. De Gaia-theorie gaat er vanuit dat de aarde als geheel in evenwicht blijft door allerlei negatieve terugkoppelingen. Deze visie dat de aarde een zelfregulerend organisme 3 is, wordt niet door iedereen geaccepteerd. B. Exoten en positieve terugkoppelingen in het bos. De Amerikaanse vogelkers is rond 1920 als 'vulhout' in naaldhoutbossen aangeplant. De struik zou tot betere humusvorming in de arme bodems onder de dennen leiden en zou door schaduwwerking de dennen meer in de hoogte laten groeien. Rond 1950 komt men tot de ontdekking dat de struik zich ontwikkelt als een plaagsoort. In plaats van aanplanten gaat Staatsbosbeheer bestrijden, omdat de soort zich ontwikkelt ten koste van inheemse soorten zoals bv de lijsterbes. Sinds 1995 ligt er onder bestrijding ook een wettelijke basis. Het Biodiversiteitsverdrag schrijft bestrijding van verdringende exoten voor. Inmiddels is duidelijk dat de soort blijvend onderdeel van onze bosecosystemen zal zijn. Bestrijding blijft geboden daar waar de soort erg dominant is. Voor het voorbeeld van de Eikenprocessierups zie pagina 6. Voor het voorbeeld van Crassula zie opgavenblad. Een ander illustratief voorbeeld is Waterpest, een uit Noord-Amerika afkomstige waterplant, die in 1859 werd uitgezet rond de stad Utrecht. Omdat het uitsluitend vrouwelijke planten betrof, moest de soort zich vegetatief vermeerderen. De oorspronkelijk geïntroduceerde Brede waterpest is na de Tweede Wereldoorlog bijna helemaal door de Smalle waterpest verdrongen. De plant werd Waterpest genoemd, omdat het waterlopen volledig kan dichtgroeien. Vooral mechanisch maaien helpt de plant. Dat levert veel plantenfragmentjes op die opnieuw tot planten uitgroeien. Vooral in de tijd van fosfaat houdende wasmiddelen en dus een overmaat aan fosfaat in het oppervlaktewater vierde de Waterpest hoogtij. Na het verbod op fosfaat houdende wasmiddelen stopt de explosieve uitbreiding van de plant. Een forse neergang volgt. Op dit moment is een geweldige explosie te constateren van de Japanse Duizendknoop. Steeds komt door de explosieve toename van exoten de van oorsprong aanwezige biodiversiteit onder druk te staan. C. Tipping points in bosecosystemen? Echte tippingpointpassages in bosecosystemen zijn in Nederland niet bekend. Wel in plassen en meren. Door overbemesting met fosfaat gingen deze eind vorige eeuw steeds vaker over van heldere met waterplanten begroeide wateren waarin zichtjagers als de snoek zich prima thuis voelden, over in troebele, met algen dichtgegroeide en door brasems bewoonde plassen. Het verminderen van het fosfaatgehalte bleek het ecosysteem niet te laten terugkeren naar zijn oorspronkelijke toestand. Ook al was het fosfaatgehalte zover gedaald dat dit wel zou moeten 3 Zie bijvoorbeeld (2000) James Lovelock. Gaia: A New Look at Life on Earth. Pagina 17 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

18 kunnen. Dat is typerend voor drempelpassages. Om het systeem te laten terug keren naar zijn uitgangssituatie, moet een shocktherapie worden toegepast. In dit geval was dat het volledig wegvangen van alle vis. Pas daarna keerde de heldere toestand met waterplanten en zichtjagers terug. Onderzoek van de Universiteit van Wageningen onder leiding van Marten Scheffer lag aan deze aanpak ten grondslag 4. Zie onderaan pagina 14 voor het voorbeeld van de ontbossing van de Amazone. In Noord Chili zijn grote gebieden op de Andeshellingen ontbost, waardoor een savanne- en steppeachtige omgeving is ontstaan. Niet alleen het klimaat is veranderd, maar door erosie is ook veel van de oorspronkelijke bodem verdwenen. Het met rust laten van het systeem brengt het niet terug in zijn oorspronkelijke bostoestand. Jonge boompjes die willen ontkiemen vinden er geen geschikte omgeving meer. Er is een tipping point gepasseerd; dus keert het systeem niet vanzelf terug naar de oorspronkelijke functioneringstoestand. Door actief te herbebossen wordt nu geprobeerd het (micro)klimaat te beïnvloeden. Bebossing maakt het microklimaat vochtiger en wordt de zich zeer langzaam herstellende bodem weer vastgehouden. In een aantal gebieden is succes geboekt. De omgeving is nu weer zo veranderd dat spontane bosontwikkeling aan het optreden is. D. Hoe kan heide in zijn functioneringstoestand worden gehouden? Heide is een degradatietoestand van bos. De potentieel natuurlijke vegetatie(pnv) is eikenberkenbos in de hoge delen van de zandgebieden in Nederland en elzen-/wilgenbos in de lagere delen. Wordt de heide volledig met rust gelaten dan zal de successie gaan in de richting van de PNV. Dus moet door maaien, plaggen en schapenbeweiding voorkomen worden dat bosopslag een kans krijgt. Bij het krantenartikel: Positieve terugkoppelingen: opwarming nabij de polen versnelt ademhaling van bodemorganismen. Snellere ademhaling betekent meer CO 2 uitstoot. Maar daarnaast ook versnelling van de afbraak van organisch materiaal, hetgeen ook weer CO 2 / CH 4 oplevert. Meer CO 2 betekent een hogere temperatuur enzovoorts. Maar uiteindelijk, als de temperatuur hoog genoeg is zou weer een negatieve feedback gaan werken. Zie volgend punt. Negatieve terugkoppelingen: dichterbij de tropen werken organismen al op topsnelheid. Opwarming heeft daar dan ook geen effect. 8. Causale lussen voor complexere situaties. A. Aanvullingen op figuur 1 door toename van antropogeen CO 2. Onderstaande toevoeging aan het schema is mogelijk: 4 Voor geïnteresseerden in tipping points zie Scheffer, M. (2009) Critical transitions in nature and society. Princeton University Press. Pagina 18 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

19 Figuur 18 Invloed van de toename antropogeen CO 2 op de temperatuur van de atmosfeer. B. Het effect van groen op het stadsklimaat. Figuur 19 Invloed van meer groen op de stadstemperatuur C. Eigen aanvullingen. Geen standaardantwoord mogelijk. 9. Archetypen. Archetypen die centraal staan in de duurzaamheidsproblematiek zijn: Grenzen aan de groei. Beschikbare hulpbronnen zullen uiteindelijk altijd grenzen stellen aan de groei van populaties van soorten. De populatiedynamiek geeft daarvan vele voorbeelden. Zie ook de uitwerking op vraag 5 waar het overshoot-collapsemodel werd geïntroduceerd. Het rapport aan de Club van Rome uit 1972, met de toepasselijke titel Limits to growth Pagina 19 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos

20 stelt dat zulks ook geldt voor de menselijke economie. In feite is dit boek en haar vele opvolgers een uitwerking van dit archetype. The tragedy of the commons ook wel de tragedie van de meent. Het begrip wordt onder meer gebruikt in de economie en die benadering is hier het meest bruikbaar. Het begrip is geïntroduceerd door de ecoloog Garrett Hardin in Hij verstond er de uitputting onder van een gemeenschappelijke hulpbron door individuen die onafhankelijk van elkaar, rationeel handelen op basis van eigenbelang. Dat ondanks het feit dat die individuen zich realiseren dat de uitputting van deze gemeenschappelijke hulpbron uiteindelijk in gaat tegen het lange termijn belang van de groep. Voor individuen mag ook bedrijven/landen gelezen worden. Klassiek voorbeeld is de overbevissing van de oceanen. Maar toegepast op het bos geldt hetzelfde voor bos met het tropisch regenwoud als extreem voorbeeld. Als uiteindelijk deze bossen verdwenen zullen zijn ten faveure van het korte termijngewin voor enkelen zullen lange termijnvoordelen als klimaatregulatie, stoffen voor geneesmiddelen en parfums en dergelijke verloren zijn voor de mensheid als geheel. Helaas zijn van het archetype lapmiddelen met averechtse uitwerking vele voorbeelden te vinden als het om de duurzaamheidsproblematiek gaat. Eerste generatie biobrandstoffen bieden zo n illustratie. Het biedt uiteindelijk geen oplossing voor de energieproblematiek maar heeft verwoestende uitwerkingen op voedselzekerheid in de wereld en op de biodiversiteit. Overigens kennen technology fixes voor duurzaamheidsproblemen notoir veel neveneffecten. Onbedoelde effecten die pas later desastreuse uitwerkingen blijken te hebben. Vele soorten legden bijvoorbeeld al het loodje door de introductie van exoten die vaak met goede bedoelingen, bijvoorbeeld om de voedselsituatie in bepaalde gebieden te verbeteren, in nieuwe ecosystemen werden uitgezet. Het Victoriameer is een bekend voorbeeld; vele endemen verdwenen uit de vele meren van het La Cajas gebied in Ecuador door de introductie van forel. En deze lijst is eindeloos uit te breiden. Bijstellen van doelstellingen is een berucht archetype in relatie tot duurzaamheid. Economische problemen worden vaak als excuus gebruikt om doelstellingen m.b.t. energiebesparing niet te hoeven halen, evenals reductiedoelstellingen m.b.t. CO 2. Afschuiven van de last c.q. het toepassen van schijnoplossingen tenslotte is heel centraal in de duurzaamheidsproblematiek. Externalisering van kosten, het afwentelen van milieudegradatie op mensen elders en later is er de kern van. Internalisering is derhalve een fundamentele oplossing. Ad Havermans December Pagina 20 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos