Extra CO2 is voor planten een zegen



Het Veluwse Regenwoud. Het Nederlandse bos groeit ook harder dankzij extra CO2, al zijn er veel meer oorzaken aan te wijzen als beheer en stikstofdepositie. Foto RZ2009

06-02-2009

De CO2 die onze aarde zo ver zou opwarmen dat ecosystemen verdrogen, maakt tegelijk planten productiever en weerbaarder tegen droogte. Model- en experimentele studies brengen over de hele linie van ecosystemen een positief effect. Maar alleen als de aardtemperatuur niet naar een kookpunt stijgt.

Kopenhagen leverde geen akkoorden op voor CO2-reductie en dat is goed nieuws voor planten. Miljoenen jaren lang hapten zij letterlijk naar CO2, dankzij een lage concentratie in de atmosfeer die schommelde rond een magere 280 ppm (deeltjes per miljoen). De huidige 385 ppm is al een flinke vooruitgang; de fotosynthese verloopt efficiënter, planten zijn productiever. De te verwachten economische groei in China en de voortgaande olie- en gasexploratie doen een gouden plantentijdperk aanbreken, want 550 ppm kan al voor 2050 werkelijkheid worden.

In het lab en kassen bewijzen experimenten de voordelen van extra CO2 voor planten. Tuinders in het Westland laten hun paprika’s dan ook door Shell bemesten met ongeveer 1000 ppm CO2. Maar hoe gaat de rest van onze biosfeer reageren op extra CO2 en meer warmte? De doorstart van het Europese onderzoeksprogramma CarboEurope moet een grotere vinger krijgen achter de vraag, hoeveel Europese bossen bijvoorbeeld profiteren van meer CO2 in de atmosfeer.

Het in december afgeronde eerste deel van CarboEurope leverde na vier jaar een nauwkeuriger schatting op van de hoeveelheid koolstof die Europees bos vastlegt. Dit dankzij de grootschalige Europese bosinventarisatie in 30 landen, waarin op duizenden meetpunten de bosgroei wordt gemeten.

 

Het extra voordeel dat CO2-bemesting oplevert voor land- en bosbouw is lastig te bepalen. In Nederland groeien bossen namelijk ook harder door extra stikstofdepositie en een warmer klimaat. De extra effecten door verhoogde CO2-concentraties in de lucht laten zich lastig van deze factoren onderscheiden.

Vast staat dat bomen deze eeuw veel productiever worden. Dat bevestigt een experimentele benadering van het CO2-bemestingseffect in de open lucht genaamd FACE, Free Air Carbon Enrichment. In dit 20 jaar lopende openluchtexperiment in verschillende klimaatregio’s blazen onderzoekers CO2 langs begrensde bos- en gewaspercelen van tenminste 100 vierkante meter. Zo stijgt hier de concentratie tot 550 ppm. In deze proefvelden kunnen de onderzoekers via nauwkeurig meten alle andere positieve groei-effecten, zoals door extra stikstofbemesting, onderscheiden.

Een overzicht in het Journal of Experimental Botany ( 28 april 2009) bevestigt de positieve effecten van extra CO2 die eerder bij gewassen waren aangetoond in laboratoria. C4-planten als maïs zullen weinig profiteren. De productiviteit van C3-planten, waaronder de meeste bomen en gewassen als rijst en tarwe, groeit wel door boven de 550 ppm. Afhankelijk van de soort kan de productiviteit toenemen van 19 tot 46 procent extra. Voor bomen kwam een studie in PNAS (13 december 2005) op een extra bomengroei van 23 procent bij een concentratie van 550 ppm. De studie baseerde zich op vier bospercelen op verschillende breedtegraden.

 

In het ecologiehoofstuk van het laatste rapport van VN- klimaatpanel IPCC uit 2007 kleuren de auteurs een landkaart met daarop het Amazonewoud volledig rood in. De rode kleur staat voor de nakende ondergang aan van het regenwoud dankzij uitdroging. De prognose op de landkaart is gebaseerd op de studie van Stephen Sitch et al in Global Change Biology (februari 2003), die zijn vegetatiemodel koppelde aan twee klimaatmodellen.

Maar dat vegetatiemodel rekent met een Amazone zonder het effect van CO2-bemesting. In Global Biogeochemical Cycles (7 juli 2009) rekent de Braziliaan David Lapola in zijn meer verfijnde vegetatiemodel wel het bemestingseffect mee, waarvan hij de grootte baseert op Face-experimenten. Plotseling blijft het Amazonewoud grotendeels staan.‘De extra CO2 in de atmosfeer maakt de negatieve effecten door hogere temperatuur grotendeels ongedaan’, reageert Lapola.

‘ Het is gek dat niemand die effecten van CO2-bemesting had meegerekend voor de Amazone, terwijl er zoveel aandacht is voor zowel het regenwoud als extra CO2.’ Wel moest Lapola een beetje vals spelen. In de Amazone zijn nooit FACE-experimenten gedaan, vandaar dat hij data moest ‘lenen’uit FACE-experimenten van de subtropen. ‘We hebben dringend zulke proeven in de Amazone nodig’, reageert hij dan ook.

Doorslaggevend voor het netto-effect van extra CO2-bemesting op de productiviteit van ecosystemen als het Amazonewoud zijn regionale klimaatontwikkelingen van deze eeuw. Bij temperaturen boven de 25 graden daalt de efficiëntie van fotosynthese bij C3-planten. C4-planten hebben hun productiviteitspiek bij hogere temperaturen, tot 35 graden. In een warmere wereld groeien C4-planten dus beter dan C3-planten, al profiteren ze weer minder van extra CO2.

Lapola’s studie toont dat langere droogteperiodes de positieve invloed van CO2-bemesting ongedaan maken. Studies als van Oliver Philips (Science, 6 maart 2009) bevestigen dat bossen in de Amazone bij sterke droogte netto bijdragen aan CO2-uitstoot. Philips bepaalde de invloed van één jaar droogte, in 2005, op de koolstofopname van het Amazonewoud. Hij vergeleek het resultaat met metingen aan de CO2-uitwisseling van bomen met de atmosfeer uit de voorafgaande 25 jaar.

De droogte van 2005 diende volgens Philips als voorbeeld wat ons in een opwarmende wereld wacht. Daardoor haalde zijn studie de wereldpers. Maar of uitdroging volgt, valt niet te zeggen dankzij de onzekerheid in klimaatmodellen. Sommige klimaatmodellen voorspellen juist een nattere Amazone eind deze eeuw. Vast staat dat vooral directe menselijke invloed het woud verandert. Tropisch bosecoloog Daniel Nepstad denkt dat ongecontroleerde houtkap veel meer effecten op het woud heeft. Houtkap maakt het overblijvende bos kwetsbaarder voor droogte en bosbrand. (Nature, 8 april 1999).

 

Nauwkeurige schattingen over het extra CO2-voordeel in deze eeuw zijn dus bijna onmogelijk te geven. Het blijkt al moeilijk genoeg om de hoeveelheid koolstof te meten die ecosystemen nu jaarlijks opnemen. Schattingen van die zogenaamde sink lopen uiteen met een factor tien. Dat schrijft Gert Jan Nabuurs in een studie naar de groei van Europees bos over 50 jaar (Global Change Biology, februari 2003). Dit onderzoek bevestigt vooral dat bos in Europa sneller groeit in vergelijking met de jaren vijftig. Maar hoeveel de CO2-bemesting nu al meewerkt aan extra bosgroei, ten opzichte van bijvoorbeeld het jaar 1900, kunnen de onderzoekers niet zeggen.

‘De conclusie dat er verrassend weinig bekend is over de invloed van extra CO2 op bosgroei, lijkt mij juist’, zegt Gert Jan Nabuurs, adjunct-directeur van het European Forestry Institute. Hij werkt mee aan CarboEurope. ‘Ik heb nog nooit hele sterke bewijzen gezien dat we duidelijk de gevolgen kunnen scheiden van beheer, CO2 en stikstofdepositie op de snelheid waarmee bos groeit. Je moet dan echt grootschalige experimenten gaan doen om het effect van CO2 te scheiden van andere factoren.’

Voorspellingen over de hoeveelheid koolstof die nieuw geplant bos gaat vastleggen zijn dus ook nauwelijks te maken. Voor sommige partijen komt dat nu goed uit. Neem de miljarden euro’s die particulieren, bedrijven en overheden al jaarlijks besteden aan koolstofcompensatie via bosplant. Wie nu zijn vliegreis met bomenplant laat compenseren door de bedrijven van Al Gore, hoeft minder bomen te planten dan het bedrijf opgeeft, en dus minder te betalen. Want in de schattingen van bedrijven naar de hoeveelheid vastgelegde koolstof per geplante hectare zit het bemestingseffect niet meegerekend. Terwijl dit effect tientallen procenten verschil moet maken.

‘Die CO2-compensatie en programma’s als het Clean Development Mechanism zijn uitkomst van een politiek proces dat los ging staan van de wetenschap’, stelt Nabuurs. ‘Wetenschappelijk gezien is hierop veel kritiek. Maar voor politici is het maskeren van onzekerheden te rechtvaardigen, omdat sommige landen onzekerheid als excuus aangrijpen om beleid voor boscompensatie uit te stellen.’ Aan de wetenschappelijke conclusie voor komende eeuw hebben politici dan ook weinig: meer bomen zijn goed als koolstofreservoir, maar misschien ook niet.

 

Kader:

 

koolstofreservoir in gigatonnen (ruwe schattingen)

 

Om het koolstofreservoir van ecosystemen op land te bepalen, berekenen wetenschappers hoeveel fossiele brandstof er is verstookt op basis van jaarlijkse olie-, kool- en gasproductiecijfers. Op basis van de gemeten concentratiestijging in de atmosfeer berekenen ze hoeveel de atmosfeer opneemt en ze maken een schatting van wat de oceanen opslorpen. Die getallen trekken ze af van het totaal; de rest zal opgegaan zijn in de biosfeer. Planten en bomen staan ook weer CO2 af door respiratie, volgens schattingen in totaal vijf tot zes maal de hoeveelheid die mensen uitstoten. Bij hitte en droogte neemt de uitscheiding toe van CO2.

 

Figuur (staafgrafiek)

 

Atmosfeer 578 (schatting voor het jaar 1700, op basis van de heersende concentratie van 280 ppm) - 766 (in 1999)

Oceaan 38,000 tussen 40,000

Planten 540 tot 610

Organische stof in bodem 1500 to 1600

Mariene sedimenten and sedimentgesteente 66,000,000 tot 100,000,000

De hoeveelheid koolstof in fossiele brandstof voorraden 4000

 

Bron: www.physicalgeography.net (Michael Pidwirny University of Columbia CA)

 

 

Climategate

 

Eén wetenschapsgebied waar onzekerheid over CO2-bemesting al roet in het eten gooit, is de paleoklimatologie op basis van boomringen. Bekende onderzoekers als Michael Mann gebruikten volop data uit boomringen voor hun beroemde hockeystickgrafiek, de klimaatreconstructie van de laatste duizend jaar. Mann paste een CO2-correctiefactor toe om het CO2-bemestingseffect op boomgroei na 1850 te corrigeren, maar feitelijk weet niemand hoeveel bomen extra groeiden.En dus is onbekend hoe nauwkeurig een boomring werkt als aardthermometer bij stijgende concentraties.

 

De gehackte e-mails van de Climatic Research Unit van de Universiteit van East Anglia bieden een verrassend kijkje in de onderlinge discussies tussen wetenschappers. In de e-mails noemen de betrokken klimaatonderzoekers de attributieproblemen rond CO2-berekeningen een ‘doos van Pandora die we voor eigen risico openen’.