In een Utrechts lab kunnen ze draaien aan elke knop van een ecosysteem

Reportage

Ecologie Planten groeien in interactie met hun omgeving: lucht, bodem en ander leven. In een Utrechts lab worden al die factoren beheerst.

Een medewerker van de Universiteit Utrecht in de Ecotron, waar elke cilinder een ecosysteem kan nabootsen.
Een medewerker van de Universiteit Utrecht in de Ecotron, waar elke cilinder een ecosysteem kan nabootsen.

Foto Bram Petraeus

Het gebouw op het Science Park in Utrecht ziet eruit als een grote zwarte schoenendoos. Daarbinnen: vier meter hoge witte buizen met elk een klein zilverkleurig deurtje. Deze industriële aanblik doet niet vermoeden wat er zich hierbinnen afspeelt.

De Ecotron in Utrecht moet het centrum worden van ecologisch plantenonderzoek, aldus George Kowalchuk, hoogleraar ecologie en biodiversiteit aan de Universiteit Utrecht. Twee weken geleden is het laboratorium geopend, dat onderdeel is van het Netherlands Plant Eco Phenotyping Centre (NPEC). Hier kan in gecontroleerde mini-ecosystemen de natuurlijke veerkracht van planten worden onderzocht om ecosystemen en landbouw duurzamer te maken.

Bij binnenkomst vertelt Kowalchuk over de landbouwsector: „Intensieve landbouw is succesvol qua opbrengst, maar vraagt een grote input van meststoffen, pesticiden, herbiciden en irrigatie. Dat veroorzaakt een verarming van de bodem, verlies van biodiversiteit en planten die hun natuurlijke resistentie tegen ziekten verliezen.”

Terwijl de openslaande deur piept van nieuwigheid stelt hij: „Om veel te oogsten kunnen we echter ook de kracht van planten en de bodem zelf gebruiken.” Van nature bezitten planten mechanismen die hen beschermen tegen ziektes, droogte, een tijdelijk gebrek aan voedingsstoffen of hevige regenval. Voorbeelden van zulke mechanismen zijn genen in plantencellen die ervoor zorgen dat ziektes geen vat krijgen. En lange wortels, waardoor planten bij droogte kunnen doorgroeien.

Ook de samenwerking tussen planten kan volgens Kowalchuk bijdragen aan veerkracht van planten. „Als verschillende soorten planten samen groeien en de ene lange wortels heeft en de ander voedingsstoffen makkelijker vasthoudt in de bodem, dan profiteren ze daar beide van.” Van veel van deze processen in en tussen planten is nog te weinig bekend om ze effectief toe te passen in de landbouw, volgens Kowalchuk.

Foto’s Bram Petraeus

Schotelvormige föhn

Ook nuttige processen in de bodem zelf worden nog onvoldoende begrepen, zegt Kowalchuk. „Denk aan de effecten van bodemleven op plantengroei of de druk in de bodem.”

In dit nieuwe lab kan volgens Kowalchuk heel nauwkeurig onderzoek gedaan worden naar al deze mechanismen en interacties die belangrijk kunnen zijn voor gewassen om onder verschillende omstandigheden te kunnen groeien: „Dat is niet alleen belangrijk voor een duurzame oogst in de landbouw, maar ook voor kennis over planten die lijden onder klimaatverandering.”

Er staan 36 cilindrische mini-ecosystemen in het gebouw, verdeeld over drie ruimtes. Die ruimtes zijn gevuld met apparatuur en lange kabels. Aan de muur hangen meterkasten waarop lampjes flikkeren in groen, rood en blauw. Kowalchuk opent één van de cilinders: een lege bruine bodem zonder planten; die komen als de experimenten beginnen. Van binnen is de cilinder beplakt met spiegels om het licht te fragmenteren en daarmee zo natuurlijk mogelijk te maken. Een wetenschappelijk verantwoorde douchekop fungeert als regenwolk en een schotelvormige föhn verzorgt de wind.

„Alle weersomstandigheden waaraan planten buiten blootgesteld worden, kunnen we in deze cilinders nabootsen”, zegt Kowalchuk. „Denk aan windsnelheden, temperatuur, de hoeveelheid regen, luchtvochtigheid en de lichtintensiteit.” Buiten de cilinder staat een laptop die alle variabelen binnenin volgt en regelt. Met één druk op de knop wordt de regen heftiger, gaat de wind liggen, of verandert het daglicht in rustige schemer.

Kowalchuk opent een deurtje in het onderste deel van de cilinder. Er verschijnt een ton met vruchtbare bodem met daaromheen kabels en slangetjes vol gele vloeistof: „Hiermee regelen we de druk in de bodem, de grondwaterspiegel, de hoeveelheid voedingsstoffen en zorgen we voor een realistische bodemtemperatuur. Met kleine camera’s kijken we naar wortelnetwerken en bodemleven.”

Foto’s Bram Petraeus

Droge bodem nabootsen

Het kunnen regelen van al die boven- en ondergrondse componenten biedt volgens Kowalchuk mogelijkheden voor nieuwe experimenten, zoals onderzoek naar droogte. „Momenteel kunnen we een droge bodem goed nabootsen door minder water toe te voegen, maar buiten of in een kas blijft de luchtvochtigheid ondertussen gewoon hoog.”

Dat is natuurlijk niet hetzelfde als in de echte wereld, waar tijdens droogte niet alleen de grondwaterspiegel, maar ook de luchtvochtigheid daalt. Kowalchuk: „In deze cilinders kunnen we zowel de bodem als de lucht droger maken. Zo kunnen we voor het eerst de effecten van ondergrondse versus bovengrondse droogte uit elkaar trekken.”

Een ander voorbeeld van mogelijk onderzoek is het effect van verzilting van de bodem, dat ontstaat door zeespiegelstijging. „In de cilinders kunnen we de bodem voeden met brak of zout water waardoor we kunnen testen hoe planten hierop reageren”, zegt Kowalchuk. „Hiermee kunnen we de hoogte bepalen waarop verzilting problematisch wordt, en welke combinatie van planteneigenschappen er het best voor kan zorgen dat de hele vegetatie er goed tegen kan.”

In de cilinders wordt de werkelijkheid dus zo goed mogelijk benaderd en dat is een grote stap, vindt Kowalchuk: „In reguliere experimenten met plantenpotten is het mogelijk heel nauwkeurig te werken met veel herhalingen, maar ze zijn verre van realistisch. Buitenexperimenten, op een veld, zijn heel realistisch maar dan is er weinig controle over de omstandigheden. De Ecotron is een combinatie tussen de twee.”

Om te controleren of bevindingen uit dergelijke kunstmatige ecosystemen overeenkomen met de complexiteit van de echte wereld, zijn er veldproeven in Wageningen. „Als we er daar achter komen dat planten zich toch anders gedragen, kunnen we hier in Utrecht weer uitzoeken waar dat precies aan ligt.”