De bossen gaan kapot als ze elk jaar hittegolven moeten doorstaan

Hoe veerkrachtig is een bos? Hoe lang kunnen bomen tegen hitte en droogte voordat ze voorgoed bezwijken – en hoe meet je dat? Deze zomer was er wederom één waarin hitterecords sneuvelden. De heetste dag op aarde, de heetste week, een maximum aan zeeijssmelt rond Antarctica, de Atlantische Oceaan die nog nooit eerder zo warm was.

En dan was er óók nog die extreme, langdurige hittegolf in Zuid-Europa. Waar de Nederlandse bossen een relatief koele, natte zomer doormaakten, hadden de bomen in onder andere Italië, Spanje en Griekenland te maken met aanhoudende temperaturen ver boven de 40 graden Celsius. Dat verhoogde het risico op bosbranden: „Het wordt warmer en droogtes duren langer, iedereen die weleens een vuurtje heeft gestookt weet dat dat dan makkelijker gaat”, zei de Wageningse hoogleraar Guido van der Werf vorige week nog in NRC. Maar los daarvan hebben de hitte en de droogte ook direct invloed op de bomen, en proberen biologen op allerlei manieren te onderzoeken in hoeverre de negatieve effecten blijvend zijn.

Lees het interview met Guido van der Werf: De Canadese bosbranden van deze zomer zijn ‘buitenproportioneel’

Stress bij bomen zie je niet meteen

Christiaan van der Tol Universiteit Twente

„Stress bij bomen zie je niet meteen”, zegt Christiaan van der Tol, universitair hoofddocent ecohydrologie en aardobservatie aan de Universiteit Twente. „Pas als de bladeren verwelken en afvallen zie je als buitenstaander: daar is iets aan de hand. Maar tegelijkertijd voltrekken zich ook minder opvallende processen.” Afnemende fotosynthese bijvoorbeeld, of een stam die niet meer dikker wordt. Om inzicht te krijgen in die processen, en in de mogelijke langetermijngevolgen, monitoren wetenschappers het bos op diverse manieren – vanuit de ruimte, vanuit het bladerdak, vanaf de grond én vanuit de bodem.

Zo wordt al een halve eeuw gebruik gemaakt van NDVI (normalized difference vegetation index), een vorm van remote sensing waarbij met satellieten of vanuit vliegtuigen het verschil wordt gemeten tussen de hoeveelheid nabij-infrarood licht (door vegetatie gereflecteerd) en zichtbaar rood licht (door vegetatie geabsorbeerd). De uitkomst varieert tussen de -1 en de +1. Negatieve waarden duiden op water, sterk positieve waarden op groene vegetatie. Verwelkende en verdorde bladeren zitten daar tussenin. Op die manieren zijn kortdurende gevolgen te zien – zo publiceerden Britse biologen in 2013 in het tijdschrift Biogeosciences dat hoge bomen beter tegen droogte kunnen dan lage – maar ook langdurige trends kunnen met NDVI worden geregistreerd. Recent publiceerden Duitse onderzoekers in het tijdschrift Remote Sensing een artikel over dertig jaar vegetatiemonitoring in Europese bossen, waaruit blijkt dat de ontwikkeling niet altijd eenduidig zijn. Zo was er tussen 1989 en 2018 gedurende de zomermaanden in het grootste deel van Europa een positieve trend: de reflectie (en dus de hoeveelheid gezonde groene vegetatie) nam toe.

Van der Tol: „De sterfte door droogte blijkt gecompenseerd te worden met vergroening door onder meer een langer groeiseizoen.” Maar in Oost-Europa, en plaatselijk ook in Centraal- en Zuid-Europa, was de trend negatief. Let wel: er werd niet uitsluitend naar bossen gekeken, en de oorzaak van de afname is niet makkelijk vast te stellen. Naast droogte en hitte kan bijvoorbeeld ook houtkap of verandering van landgebruik een rol spelen.

Kritische temperatuur

Uit Zwitsers onderzoek kwam onlangs naar voren dat een steeds groter deel van de Europese bossen bruin kleurt in de zomer – en dat kan een voorbode van sterfte zijn. In de zomer van 2022 vond er maar liefst in 37 procent van de bossen zulke verbruining plaats. Dat kwam niet alleen door de hitte en droogte van dat jaar, maar ook door wat onderzoekers omschrijven als het legacy effect: bomen zijn vaak al verzwakt door eerdere hete en droge zomers. Met andere woorden: één hittegolf komt een bos vaak wel te boven. Maar volgt golf op golf, dan raken bomen steeds kwetsbaarder – al geldt dat niet per se voor het hele bos. Van der Tol: „De beter aangepaste bomen blijven over.”

Ook bladtemperatuur en fotosynthese kunnen satellieten zien. Tijdens het fotosyntheseproces, waarbij koolstofdioxide en water onder invloed van zonlicht worden omgezet in zuurstof en suikers, zorgen de bladgroenkorrels in de bladeren voor fluorescentie, de zogeheten SIF (sun-induced fluorescence). Een afnemende SIF duidt op afnemende fotosynthese, en dat zorgt er weer voor dat er minder CO₂ wordt opgenomen. Dat kan zowel tijdelijk als permanent zijn. Van der Tol: „Als er meer zonnestraling is dan de plant kan verwerken via fotosynthese, dan treden mechanismes in werking die het blad tegen de schadelijke gevolgen van straling beschermen. Maar bij extreme hitte bereikt in ieder geval een van die mechanismes een maximum, en kan het blad niet meer afdoende beschermd worden.”

Haperende machinerie

In hoeverre dat leidt tot onomkeerbare schade is nog niet bekend. Wel is duidelijk dat er een kritische temperatuurgrens is waarboven de fotosynthesemachinerie van bomen begint te haperen. Bij tropische bomen ligt die kritische bladtemperatuur waarop bladeren beginnen te sterven gemiddeld op 46,7 graden Celsius; voor Europese bomen is de temperatuurgrens nog niet bekend. Maar bij extreme temperaturen ver boven de veertig graden kan één hittegolf zelfs zonder legacy effect dus al voor stervende bomen zorgen. In hoeverre dat deze zomer in Zuid-Europa is gebeurd, zal nog moeten blijken.

Om een compleet beeld te krijgen van invloeden van hitte en droogte is het nodig om naar meer te kijken dan alleen de bladeren, benadrukken Van der Tol en zijn collega Yijian Zeng, universitair hoofddocent in bodem-water-plantinteracties aan de Universiteit Twente. Samen ontwikkelden ze het computermodel Stemmus-Scope, om de complexe interacties tussen bodem, boom en water beter te kunnen nabootsen. „Hiermee maken we een digital twin, een digitale replica van het gehele bodem-plantsysteem”, zegt Zeng. „Vaak wordt in computermodellen ofwel op het bladerdek gefocust óf op het wortelstelsel en de bodem, terwijl alles juist met elkaar samenhangt: bodemtemperatuur, bodemvocht, bladtemperatuur, luchttemperatuur, luchtvochtigheid.”

Het voedselbos Ketelbroek blijft tijdens droge en hete zomers groener dan omringende monoculturen

Yijian Zeng Universiteit Twente

Van der Tol: „Bomen houden zich koel door te transpireren, maar bij een watertekort sluit een deel van de huidmondjes van een blad zich overdag, om water te besparen. Daardoor vermindert niet alleen de CO₂-opname, maar ook de afkoeling. En in een heet blad is de fotosynthese minder efficiënt.” Zeng: „Tijdens de extreme hitte eind juli 2019 zagen we bij een onderzoek in het Speulderbos dat er ’s nachts nog wel CO₂ vrijkwam uit de bladeren, maar dat de CO₂-opname gedurende de dag verminderde. Zo veranderde het bos tijdelijk van CO₂–sink in een CO₂–source.” De twee onderzoekers willen met hun model de interactie tussen bos en atmosfeer in meer detail bestuderen. Ook seizoensverschillen spelen daarin mee: zo stond in Science Advances in 2020 een artikel waaruit bleek dat veel verdamping in het voorjaar droogte later in het seizoen kan versterken.

Duizendste millimeter

Voor een gezond bos is een gezonde bodem onontbeerlijk, en vice versa, zegt Zeng. „Samen vormen ze een bodem-plant-ecosysteem, en de veerkracht daarvan wordt bepaald door de mate waarin er water wordt vastgehouden, en koolstof wordt vastgelegd.” Bovendien geldt: hoe biodiverser een bos, hoe veerkrachtiger. „In ander onderzoek hebben we bijvoorbeeld gekeken naar het voedselbos Ketelbroek, waarin planten van allerlei soorten en maten door elkaar heen groeien. Dat bos blijft tijdens droge en hete zomers groener dan omringende monoculturen.”

Dat beaamt ook Bas Lerink, ecoloog aan de Wageningen Universiteit. „Om die reden wordt in Nederland geëxperimenteerd met de aanleg van klimaatbossen, waarin op kleine schaal geëxperimenteerd wordt met hitte- en droogtebestendige soorten.”

Of een bos goed gedijt is ook aan de groei van de stam af te lezen. Over het algemeen groeien bomen bij gunstige omstandigheden hun hele leven. En dus volgen Wageningse biologen, onder wie Lerink, al vijftien jaar nauwkeurig de groei van tientallen Nederlandse bomen. „Dat doen we met op de stam bevestigde dendrometers, die elk uur de groei kunnen vastleggen met een nauwkeurigheid van een duizendste millimeter. Zo kunnen we zien hoe bomen reageren op en herstellen van extreme hitte en droogte.”

We beginnen eindelijk in te zien dat we zuiniger moeten omspringen met onze bossen

Bas Lerink Wageningen Universiteit

Op het eerste gezicht lijkt het beeld gunstig: in natte jaren gaat de groei, na eerdere stilstand tijdens droogte, gewoon weer door. Toch betekent dat niet dat de gevolgde bomen geen nadelige gevolgen ondervinden van hittegolven, benadrukt Lerink. „Juist om de achteruitgang van bossen beter te begrijpen is een holistische blik nodig. Naast deze individuele metingen telt ook het grote plaatje mee. En daaraan zie je bijvoorbeeld dat ziektes en plagen vaak niet los te zien zijn van hitte en droogte. Bomen worden minder veerkrachtig, hun reserves kleiner. Denk aan de vele fijnsparren die in Europa sneuvelen als gevolg van de letterzetter en andere schorskeversoorten die het hout aantasten: ook daarbij speelt verzwakking een rol.”

Biologen publiceerden vorig jaar nog een overzichtsartikel in de Annual Review of Plant Biology waaruit blijkt dat de laatste drie decennia bomen steeds vaker plotseling het loodje leggen na periodes van langdurige droogte en hitte. Daaruit blijkt dat, naast hydratatie en haperende fotosynthese, ook de invasie van plaaginsecten verantwoordelijk is voor de verhoogde sterfte.

Maar, zo benadrukken dezelfde biologen: het onderzoek naar de invloed van hitte en droogte op de overlevingskans van bossen staat nog in de kinderschoenen. Om écht inzicht te krijgen in de langetermijngevolgen zijn meer gegevens nodig, zowel vanuit de ruimte als vanuit het veld. Lerink onderschrijft die conclusie. „We beginnen eindelijk in te zien dat we zuiniger moeten omspringen met onze bossen. Want als de bomen verdwijnen, dan hebben we echt een probleem.”