Biogeomorfologische regimeveranderingen tussen begroeide en onbegroeide toestanden in intergetijdengebieden.

Datum: 21 oktober 2014

Locatie: UAntwerpen - Campus Groenenborger - Lokaal V0.08 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 13.30 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Biologie

Promovendus: Chen Wang

Promotor: Stijn Temmerman

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Chen Wang - departement Biologie



Abstract

Abrupte regimeveranderingen tussen alternatieve stabiele toestanden komen voor in veel complexe dynamische systemen, variërend van het klimaat tot medische en economische systemen. Ook in de ecologie wordt dit mechanisme belangrijk geacht, omdat menselijke activiteiten en veranderende milieucondities regimeveranderingen hebben veroorzaakt die wereldwijd veel ecosystemen in een ongewenste en moeilijk te herstellen staat hebben gebracht. In intergetijdengebieden in estuaria en kustgebieden treden grootschalige regimeveranderingen op van begroeide schorren naar onbegroeide slikken en andersom. Deze veranderingen worden geinitieerd door verschillende factoren, waaronder de gecombineerde effecten van zeespiegelstijging en veranderende sedimenttoevoer. Voor het beheer en herstel van deze ecosystemen is het van groot belang de regimeveranderingen te begrijpen en te kunnen voorspellen, met name vanwege de waardevolle ecosysteemdiensten die geleverd worden door intertidale schorrevegetatie. De biogeomorfologische terugkoppeling tussen vegetatie en bodemhoogteligging wordt beschouwd als het mechanisme dat alternatieve stabiele toestanden en abrupte regimeveranderingen veroorzaakt. Hiernaar is echter weinig onderzoek gedaan, waarbij net zoals in andere ecosystemen met name empirische studies schaars zijn.

De doelstelling van deze thesis is het empirisch testen en het voorspellen van biogeomorfologische veranderingen tussen onbegroeide en begroeide toestanden in intertidale ecosystemen. Verschillende methodes zijn toegepast, zoals het nabootsen van experimentele overstromingsgebieden in een stroomgoot, GIS analyses van luchtfoto’s en LIDAR data en ruimtelijke golf- en stromingsmodellen. Er zijn drie gebieden onderzocht in deze studie, namelijk het Schelde-estuarium (Nederland), de lagune van Venetië (Italië) en de Blackwater Marsh (Maryland, V.S.).

De resultaten van deze studie bieden empirisch bewijs voor abrupte regimeveranderingen tussen hoger gelegen begroeide toestanden en lager gelegen onbegroeide toestanden in overstromingsgebieden. Daarnaast zijn de onderliggende mechanismen onderzocht en zijn een voorspellende tool en conceptueel theoretisch model ontwikkeld. Enkele empirische vaststellingen worden voor het eerst gedaan in deze studie, zoals: (1) de bimodale distributie in hoogteligging (Hoofdstuk 2, 3 en 5), en in de biomassa van vegetatie (Hoofdstuk 3 en 4) en hun correlatie (Hoofdstuk 3), wat suggereert dat de hoger gelegen begroeide toestand en de lager gelegen onbegroeide toestand alternatieve attractoren zijn met een onstabiele toestand voor intermediaire hoogteligging en biomassa; (2) de relatief snelle overgangen in hoogteligging (Hoofdstuk 2) en biomassa van de vegatatie (Hoofdstuk 3) in de tussengelegen onstabiele toestand; en (3) het bestaan van drempelwaarden voor intertidale hoogteligging geassocieerd met deze overgangen (Hoofdtuk 2 en 3) en bij de vestiging van kiemplanten (i.e. drempelwaarde voor wortellengte) voor het overleven van overstromingen (i.e. drempelwaarde voor overstromingsdebiet) (Hoofdstuk 4). Daarnaast is de ruimtelijke verdeling van de regimeverandering van een lager gelegen onbegroeide toestand naar een hoger gelegen begroeide toestand succesvol voorspeld in een estuarium op basis van de drempelwaarde voor hoogteligging. Verder is er een GIS tool ontwikkeld voor het voorspellen van de vestiging van vegetatie gebaseerd op logistische regressiemodellen, waarvoor naast hoogtekaarten ook ruimtelijke gegevens van getijstroming en windgolven zijn gebruikt, wat verder gaat dan voorgaande studies (Hoofdstuk 3). Bovendien is het mechanisme dat alternatieve stabiele toestanden veroorzaakt ook empirisch vastgesteld (i.e. de biogeomorfologische terugkoppeling tussen plantengroei, hydrodynamische condities en de bodemhoogteligging) (Hoofdstuk 2, 3 en 4). Tenslotte is er een conceptueel theorethisch model gegenereerd dat het mechanisme van abrupte regimeveranderingen in het biogeomorfologische systeem van overstromingsgebieden verklaard (Hoofdstuk 6).

Samenvattend wijzen de resultaten van deze thesis erop dat de hooggelegen begroeide en laaggelegen onbegroeide toestand in intergetijdengebieden alternatieve stabiele toestanden zijn waartussen abrupte biogeomorfologische regimeveranderingen plaatsvinden. Deze studie richt zich echter voornamelijk op de verandering van de lager gelegen onbegroeide toestand naar de hoger gelegen begroeide toestand. Er is meer onderzoek nodig om ook het hysteresis effect aan te tonen, waarbij verschillende drempelwaarden bestaan voor de regimeveranderingen in twee richtingen tussen de alternatieve stabiele toestanden.