Spatial pattern formation of macrophytes : an integrated model for the management of lowland rivers

Datum: 31 januari 2017

Locatie: UAntwerpen, Campus Drie Eiken, Promotiezaal Q0.02 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 17 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Biologie

Promovendus: Veerle Verschoren

Promotor: Stijn Temmerman & Patrick Meire

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Veerle Verschoren - Faculteit Wetenschappen, Departement Biologie



Abstract

Het functioneren van aquatische ecosystemen is in grote mate beïnvloed door de aanwezigheid van waterplanten, ook macrofyten genoemd. Ondergedoken macrofyten zijn typisch aanwezig in laagland rivieren. In gebieden met een gematigd klimaat op een gemiddelde breedtegraad is hun aanwezig heel variabel in de ruimte en tijd. Er zijn verschillende vegetatiepatronen geobserveerd, variërend van vegetatiepatronen met een continue vegetatie tot fragmentarische vegetatie patronen. Door hun bovengrondse structuren zijn ze instaat om de stroomsnelheid te veranderen, de hydrologie te beïnvloeden en de invang van sediment en de gebonden nutriënten te bevorderen. Het is echter niet duidelijk wat de sturende mechanismen zijn voor deze verschillen ruimtelijke vegetatiepatronen. Daarenboven is de kennis over het effect van de verschillende ruimtelijke patronen op het transport van materiaal beperkt. Het doel van deze thesis was om enerzijds de belangrijkste factoren te onderzoeken die de ruimtelijke verdeling van macrofyten bepalen te onderzoeken en anderzijds om het effect van deze verschillende patronen op water stroming en transport processen te na te gaan. Deze elementen werden onderzocht door een combinatie van veldmetingen en numeriek modeleren.

Een digitale gebiedsdekkende fototechniek, met een zeer hoge ruimtelijke en een flexibele temporele resolutie werd ontwikkeld om macrofyten op soortniveau te karteren. De methode is met succes toegepast in twee laagland rivieren in het bovenstroomse stroomgebied van de Nete (België). Vervolgens is een plantengroei model ontwikkeld om de ruimtelijke en tijdelijke groei van macrofyten te simuleren in twee dimensies. Dit model is gekoppeld met een diepte-gemiddeld hydrodynamische model om de wederzijdse interactie tussen de macrofyten en de waterstroming te simuleren. Macrofyten creëren hydraulische weerstand en daardoor verlaagt de stroomsnelheid in vegetatiepatches. De formulering in ons model brengt de complexe morfologie en de buigbaarheid van natuurlijke ondergedoken vegetatie in rekening. Ondertussen, zodra een kritische stroomsnelheid is overschreden kunnen vegetatiepatches niet verder uitbreiden en verdwijnen bestaande vegetatiepatches. We vonden dat verschillende ruimtelijke vegetatiepatronen gedomineerd door verschillende soorten, het resultaat zijn van de grootte van de plant-stromingsinteractie en van specifieke groeistrategieën van de dominante soort. Het effect van deze verschillende ruimtelijke patronen op het transport van materiaal is gekwantificeerd door veldmetingen. Tracer experimenten zijn uitgevoerd met opgelost en particulair organisch materiaal bij drie bedekkingsgraden in een laagland rivier in Polen. Onze resultaten tonen dat vegetatie de longitudinale dispersie coëfficiënt en de tijdelijke opslag van opgeloste stoffen verlaagt, terwijl het vasthouden van particulair organisch materiaal verhoogt. Verder werd het meest heterogene stromingsveld waargenomen tijdens het experiment met een gedeeltelijke vegetatie bedekking. Tenslotte werd een veldcampagne uitgevoerd in twee rivierdelen met een continu en fragmentarisch vegetatiepatroon. De morfologische activiteit lijkt hoger wanneer macrofyten abundant aanwezig zijn in beide rivierdelen.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen