Effecten van waterschaarste en droogte op ecosysteemdiensten.

Transcriptie

1 Effecten van waterschaarste en droogte op ecosysteemdiensten. Prof. dr. Patrick Meire Universiteit Antwerpen, Onderzoeksgroep Ecosysteembeheer Date (optional)

2 Intro Het concept van ecosysteemdiensten is de voorbije 20 jaren een buzz word geworden. Aantal publicaties met ecosystem services in web of science tussen 2005 en

3 Wat zijn ecosysteemdiensten? The direct and indirect contributions of ecosystems to human well being (TEEB, 2010) 3

4 4 Waarom krijgt dat concept zoveel aandacht?

5 De Groot et al Ecosystems Services

6

7

8 8 Waar komen ecosysteemdiensten vandaan?

9 9 Turkelboom et al. 2013

10 10 Turkelboom et al. 2013

11 Wetlands en rivieren spelen een cruciale rol Hydrologische en ecologische processen in gradiënt van waterscheiding tot rivier (Brauman, 2007). In zwart hydrologische processen, in rood ecosysteemdiensten

12 Impact van droogte en waterschaarste op ES Droogte/waterschaarste staat natuurlijk niet op zich maar moet in combinatie gezien worden met: 1) Toegenomen C0 2 2) Toegenomen temperatuur 3) Algemene veranderingen in de hydrologische cyclus Drie voorbeelden: 1) Estuaria Schelde 2) Rivieren macrofyten 3) Wetlands 12

13 distance from mouth (km) Evolutie waterkwaliteit Zeeschelde Oxygen (mg/l) year

14 maandgemiddeld afstand tot Vlissingen (km) chlorofyl a (µg/l) debiet (m³/s) Distance to mouth (km)

15 Figuur 2.9: Zomer- en jaargemiddelde chl a waarden in het zoete (km ) 15

16 From net oxygen consumption to net oxygen production Een regime shift Cox et al. Biogeosciences, 6, ,

17 Het herstel van de waterkwaliteit van de Schelde is nu afhankelijk van de lokale productie door fytoplankton dat voorziet in de nodige zuurstof dat nodig is voor de afbraak van het organisch materiaal. Kan dit veranderen onder invloed van droogte?

18 maandgemiddeld debiet (m³/s) % from Schelde total discharge (m3/s) 39 % 58% 42% FRESH WATER DISCHARGE

19 1/01/2006 1/02/2006 1/03/2006 1/04/2006 1/05/2006 1/06/2006 1/07/2006 1/08/2006 1/09/2006 1/10/2006 1/11/2006 1/12/2006 discharge 19 Debieten Schelde nabij Melle 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 Series1 20,0 0,0-20,0 Maar meer en meer lage debieten!

20 Debiet en nutriënten Scheldt estuary, Dendermonde (fresh) Lagere debieten leiden tot lagere concentraties Si Struyf et al

21 Zeer lage waarden in de zomer!! 21

22 Distance to mouth (km) distance from mouth (km) NEW PROBLEMS? 22 silica (SiO2 mg/l) year FREQUENT DSI DEPLETION

23 % Diatomeeën Chl a [mug/l] DSi [mmol Si/m3] ? y = x R 2 = Q (Melle) [m3/s] ? y = x R 2 = Q (Melle) [m3/s] Dendermonde St-Onolfs Appels Maand 23

24 Bij dalende debieten verhoogt de primaire productie door een langere retentietijd en daardoor de kans op Si limitatie en daardoor op een wijziging in de fytoplanktongemeenschap Dominantie van kiezelwieren neemt af ten voordele van groen- en blauwwieren

25 distance from mouth (km) Evolutie waterkwaliteit Zeeschelde Oxygen (mg/l) year

26 26 Stijgende primaire productie kan leiden tot oversaturatie van zuurstof overdag en zuurstoftekort s nachts.

27 27 Zuurstofproblemen kunnen stijgen door stijdende temperatuur

28 Conclusie 1 Dalende debieten zullen door een toename van de residentietijd een impact hebben op de primaire productie die kan leiden tot: Wijziging van de fytoplankton gemeenschap Grotere fluctuaties in zuurstofgehalte met mogelijke zuurstoftekorten s nachts begrazing door zooplankton zal een cruciale factor worden MAAR: Dalende debieten kunnen ook een impact hebben op de aanvoer van nutrienten! 28

29 Impact of drought on water quality of the Meuse Van Vliet en Zwolsman, J. Hydrology 29

30 30

31 From net oxygen consumption to net oxygen production Cox et al. Biogeosciences, 6, ,

32 Conclusie 2 Lagere debieten en verhoogde concentraties nutriënten in combinatie met hogere temperaturen kunnen leiden tot een verslechtering van de waterkwaliteit en eventueel tot perioden van zuurstofloosheid. Ecosystemen zijn onderhevig aan regime shifts en het bereiken van een tipping point kan het systeem doen omslaan met grote gevolgen voor ES én mogelijk herstel! Deze ecosysteemdienst kan ernstig aangetast worden!

33 Wat met rivieren?

34 Groei is gestimuleerd door 34 temperatuur en licht Temperatuur stijgt Licht zal vermoedelijk stijgen bij lage debieten

35 Maar ook CO2 stimuleert de groei biomass of leaves and roots were higher at high CO2 concentration From Andersen at al 2005 From Andersen et al 2005

36 Dalende debieten kunnen ook de begroeide oppervlakte doen toenemen Hogere biomassa s aan waterplanten

37 Impact on biogeochemistry Current Macro-invertebrates POM Sedimentation Bacteria Nutrients 37

38 Patch is hotspot for organic matter accumulation 8-month period field measurements Eutrophic river Oligotrophic river 38

39 Conclusie 3 Bij lage debieten is het waarschijnlijk dat de groei van waterplanten zal gestimuleerd worden. Dit kan de zuiverende capaciteit van de rivier vergroten MAAR

40 Waterplanten in stromende wateren een Waterplanten vormen ook een belangrijke weerstand in de rivier en hebben een impact op waterhoogtes 40

41

42 Conclusie 4 Waterplanten kunnen een belangrijke rol spelen in het ophouden van water en dus de waterpeilen in de rivier reguleren (en daarmee ook onrechtstreeks een impact hebben op grondwaterstanden) MAAR Bij plotse hoge debieten kan dat natuurlijk tot overstromingen leiden 42

43 Wat met moerassen??

44

45 Types of hydrological feeding Fluwiogenic- with the elements of soligenic feeding P ET P ET P ET reeds wysoczyzna sedge-moss Alder carr 160 głębsze warstwy wodonośne river????

46 Vegetation zones Molinion Calthion Filipendulion gleby mineralne Arrhenatherion Scheuchzerio- Caricetea Magnocaricion Phragmition Agropyro-Rumicion na podstawie infografiki Wiktora Kotowskiego

47 Conclusie 5 Droogte en waterschaarste zullen een grote impact hebben op wetlandvegetaties, vergelijkbaar met drainage nu. Dit zal een grote impact hebben op de vele ES die door deze wetlands gegenereerd worden. Bufferfunctie voor water Impact op nutrientenflux..

48 Wetlands als oplossing? Rivieren en wetlands leveren heel veel ecosysteemdiensten en hun rol in de regulering van de hydrologische cyclus kan gebruikt worden om problemen van droogte en waterschaarste juist tegen te gaan. 49

49 50 Liuchahe watershed (700 ha), NO China (vallei van de Yangtze) Multipond system poelen, samen 43 ha Is een systeem dat dateert uit de oudheid en recent opnieuw geïntroduceerd werd

50 51 Elke poel is verbonden via grachtjes met ande

51 52

52 53 Waterbehoefte gewassen Watertekort zonder poelsysteem Watertekort met poelsysteem

53 54 Extra voordelen - Sediment trap: 8*10 6 kg.jaar -1 - Reductie in P vracht: 95%

54 Algemene conclusie Het is erg waarschijnlijk dat droogte en waterschaarste een zeer belangrijke negatieve impact zal hebben op de levering van ecosysteemdiensten en op de ecosystemen zelf. We moeten rekening houden met regime shifts die de karakteristieken van het systeem fundamenteel kunnen wijzigen met uiteraard gevolgen voor ES. Hoe droogte de ecosystemen zal beïnvloeden zal sterk afhankelijk zijn van systeem tot systeem en is mede afhankelijk van andere factoren.

55 De negatieve impacts verminderen vereist het uitwerken van criteria die het functioneren van aquatische/wetland ecosystemen garanderen. Dit zijn oa: Minimal flow requirements voor rivieren minimale grondwaterstanden voor wetlands Nutriënten,. Anderzijds kunnen rivieren en wetlands door hun rol in de hydrologische cyclus juist een belangrijke rol spelen om droogte en waterschaarste te voorkomen 56

56 Dit vereist dat er concrete doelen worden gesteld niet alleen voor biodiversiteit en waterkwaliteit (cfr KRW) maar dat we ook proberen doelen te stellen voor de levering van ecosysteemdiensten. voorzien van een bepaalde water flow vanuit wetlands naar de rivier (bergen in perioden van veel water,.) Waterretentie in rivieren verhogen Bepaalde hoeveelheid nutriënten verwijderen.. Dergelijke doelen kunnen dan vertaald worden in de nodige oppervlakte van habitat nodig voor het leveren van deze diensten! 57

57 De levering van ecosysteemdiensten wordt bepaald door de combinatie van bodemkundige en geofysische eigenschappen mett een bepaald land, water en bodem beheer FYSISCH SYSTEEM Geo-fysische beperkingen LAND, BODEM en WATER BEHEER Land, bodem and waterbeheer Wat zijn fysische randvoorwaarden en potenties voor de levering? AANBOD aan ESD Hoe kunnen we de levering van een bundel van ecosysteemdiensten vergroten? Waar te zoeken? Zoekzones voor de realisatie van bijkomende ESD op basis van de ESD vraagkaarten Mismatch? VRAAG naar ESD Socio-economisch systeem Hoe te realizeren? Wat zijn juridische en beleidsmatige randvoorwaarden en potenties voor het bewerkstelligen van veranderingen in land, bodem en waterbeheer?

58 Ecosystem based adaptation biedt erg veel perspectieven maar zal een grondige en integrale aanpak, gebaseerd op goede wetenschappelijke kennis, vergen om efficiënt te zijn. Dit is een mooie uitdaging! 59

59 Thanks for your attention 60