Groei en ecofysiologische karakterisatie van de bamboe Phyllostachys humilis Muroi in een plantage in Ierland

Datum: 19 augustus 2014

Locatie: UAntwerpen - Campus Groenenborger - Lokaal U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 10 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Promovendus: Davina Van Goethem

Promotor: Prof. dr. Roeland Samson, dr. Geert Potters

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Davina Van Goethem - Faculteit Wetenschappen, Departement Bio-ingenieurswetenschappen



Abstract

Wereldwijd worden we in de 21e eeuw geconfronteerd met een zoektocht naar het reduceren van de uitstoot van broeikasgassen, en naar het produceren van hernieuwbare energie en natuurlijke hulpbronnen. Bamboe – als één van de snelst groeiende plantensoorten – kan bijdragen tot deze bio-economie gezien de vele reeds bekende doeleinden van deze plant. Bamboe is een endogene soort in Azië, Afrika en Zuid-Amerika en wijd verspreid in zowel tropische als gematigde streken. Desalniettemin groeien er talloze bamboeplanten in Europese tuinen alsof ze er wel van nature zouden voorkomen. Echter, enkel op basis hiervan kunnen we nog niet besluiten of het potentieel van bamboe als biomassaproducent hoog genoeg is om te gebruiken als gewas in deze streken. Deze thesis heeft als doel om het groeipotentieel en karakteristieken van een gematigde bamboesoort te beschrijven op een veld in Ierland (Europa). Phyllostachys humilis werd hiervoor geselecteerd, gezien de hoge biomassa-opbrengst vergeleken met vijf andere Phyllostachys soorten na twee verschillende oogstmomenten in Ierland.

In een eerste gedeelte werden er allometrische relaties opgesteld, en werd een lineair verband tussen lengte en breedte van de bladeren en bladoppervlakte opgemaakt. Eveneens werd een lineaire relatie gevonden tussen de vierkantswortel van vers halmgewicht en de vermenigvuldiging van lengte en gemiddelde diameter van de halm. Deze relatie laat ons toe om toekomstige opbrengsten in te schatten zonder de staande biomassa te oogsten. Verder werd er een seizoenale variatie in de verdeling van de biomassa teruggevonden. Er was relatief meer blad t.o.v. houtige biomassa in de zomer aanwezig vergeleken met de lente en herfst. Hierdoor zal het relatieve watergehalte op de totale biomassa hoger zijn in de zomer dan wanneer er geoogst zou worden in de andere seizoenen. Een verticale variatie in het plantenbestand werd gevonden wanneer de specifieke bladoppervlakte (SLA) bepaald werd. De SLA was significant lager in de bovenste bladeren dan in de onderste bladeren, waarschijnlijk gerelateerd aan de relatief hoge bladoppervlakte index (LAI) van het bamboegewas, en met de hoge lichtabsorptie hieraan gerelateerd, waardoor er onder het bladerdek de lichtintensiteit drastisch gereduceerd is. De LAI vertoonde geen seizoenale variatie en had waarde van 7 m2blad m-2bodem, vergelijkbaar met literatuurgegevens van bamboebestanden in streken waar ze van nature voorkomen. Gezien het exogene karakter van bamboe in Europa werd de chlorofylfluorescentie gemeten om het effect van de heersende omgevingsomstandigheden op de fotochemische efficiëntie van de bladeren te onderzoeken. De chlorofylfluorescentie vertoonde een seizoenale variatie met een lagere fotochemische efficiëntie tijdens de lente in vergelijking met de rest van het jaar. Tijdens de lente werden ook kleine diurnale variaties met een verschillende fotochemische efficiëntie in de ochtend vergeleken met deze in de middag en de namiddag waargenomen. Ook een verticale variatie met een lagere fotochemische efficiëntie in de topbladeren dan in de onderste bladeren werd geobserveerd. Om deze tijd en ruimte gerelateerde variaties te verklaren, werd een groeikamerexperiment opgezet om te onderzoeken of deze variaties gerelateerd zijn aan de omgevingsomstandigheden. Op basis van het groeikamerexperiment blijkt dat een combinatie van lage temperaturen en relatief hoge lichtintensiteiten de performantie van het fotosynthesesysteem van de plant verlaagt, zoals ook waargenomen werd op het veld tijdens de lente in Ierland. Aangezien de bovenste bladeren, die aan de zon worden blootgesteld, minder beschermd zijn voor extremere omgevingscondities dan de onderste bladeren, verklaart dit ook de verticale variatie geobserveerd tijdens de veldmetingen. Fotochemische efficiëntie en fotosynthesesnelheden worden in de literatuur vaak gecorreleerd, ook al is hun relatie niet altijd eenduidig. Daarom werd de seizoenale, diurnale en verticale variatie van de verschillende fotosyntheseparameters in de bamboeplantage bestudeerd. De fotosyntheseparameters van twee frequent gebruikte fotosynthesemodellen werden bepaald, namelijk van het empirische lichtresponscurve-model (LRC) en van het biochemische FvCB (Farquhar, Von Caemmerer en Berry) model. Voor beide modellen werden diurnale noch verticale variaties in de fotosyntheseparameters gevonden. De verschillen in SL en fotochemische efficiëntie tussen topbladeren en de onderste bladeren wordt dus niet gereflecteerd in de fotosyntheseparameters in de twee bovenvermelde modellen. Er werd wel een seizoenale variatie gevonden met hoge fotosynthesesnelheden in de herfst en lage fotosynthesesnelheden in de lente, in overeenstemming met de observaties van de fotochemische efficiëntie in deze seizoenen.

Lage fotosynthesesnelheden kunnen ook gerelateerd zijn aan hoge suiker- of zetmeelgehalten in de bladeren, aangezien deze de fotosynthese via een feedback mechanisme kunnen inhiberen. Daarom, en ook om de kwaliteit van geoogste bamboe in te schatten, werd het vrije glucosegehalte en het zetmeelgehalte bepaald van de bamboebladeren, zijhalmen en hoofdhalmen voor de verschillende seizoenen. Hoge suikergehaltes tijdens de winter werden waargenomen, wat mogelijks wijst op een beschermingsmechanisme tegen vriesschade. De omzetting van suikers in zetmeel in het begin van de lente kan dan weer de lagere fotosynthesesnelheden tijdens dit seizoen verklaren. Verder werd er een hogere zetmeelinhoud vastgesteld in de houtige delen t.o.v. de bladeren, terwijl dit voor de vrije glucose inhoud net omgekeerd was, in overeenstemming met de Pressure Flow Hypothesis van Munch.

In het algemeen vertoonden vele karakteristieken van bamboe een seizoenale variatie, en de plant blijkt volgroeid in de herfst wanneer hij zijn hoogste potentiële fotosynthesesnelheden haalt. Ook vertoonde enkele parameters zoals chlorofylfluorescentie diurnale en verticale variaties. Dit laatste is waarschijnlijk veroorzaakt door de hoge densiteit van een bamboegewas. Men dient met deze variaties rekening te houden wanneer de groei van bamboe gemodelleerd zou worden. Gebaseerd op alle observaties en gezien de competitieve opbrengsten van bamboe in Ierland met 5-8 t ha-1 jaar-1 vergeleken met bijvoorbeeld Miscanthus spp., een ander biomassagewas, met een opbrengst van 3-5 t ha-1 jaar-1, kunnen we concluderen dat bamboeproductie in Europa tot de mogelijkheden behoort.

Met behulp van de reeds bepaalde plantkarakteristieken zou ook een groeimodel kunnen opgemaakt worden, dat gebruikt kan worden om de biomassaopbrengsten van bamboe in Europa en elders te bepalen. Desalniettemin blijkt uit de SWOT-analyse dat bamboe als gewas in Europa zowel sterkten als zwakten kent, en dat de verschillende opportuniteiten en bedreigingen ervoor zorgen dat de toekomst van bamboeplantages in Europa niet eenduidig is.