Een bos zonder sprookjes; Gene Elden Likens: 'We meten en trekken conclusies'

Regen, sneeuw, rivierwater, herten, vogels, bladeren, stenen. De zoöloog Gene Elden Likens onderzoekt alles in zijn experimentele natuurgebied. Zijn ecosysteembenadering is inmiddels algemeen aanvaard.

GEEN BOOMBLAADJE dat ongezien het Hubbard Brook Experimental Forest binnenwaait. Geen vogel die onopgemerkt broedt in dit 3.076 hectare grote natuurgebied in New Hampshire. Geen steen die het bos ongeregistreerd verlaat. Alles, maar dan ook alles, wordt in Hubbard Brook bijgehouden. Ecologen meten hoeveel regen er valt, en hoeveel sneeuw. Ze houden bij hoeveel rivierwater er weer uit het ecosysteem stroomt. Van zowel regen, sneeuw als uitstromend water bepalen de onderzoekers de chemische samenstelling. “We willen de stroom van stoffen zo volledig mogelijk in kaart brengen”, aldus prof.dr. Gene Elden Likens, directeur van het Institute of Ecosystem Studies in New York. “Hoeveel stikstof komt er binnen, hoeveel zwavel, hoeveel natrium, kalium, magnesium, noem maar op. Hoeveel gaat er weer uit en wat gebeurt er in het bos met al deze stoffen. Het onderzoek omvat zoölogie, botanie, chemie, hydrologie, bodemkunde en meteorologie. Het is een benadering die je ontzettend veel leert over het functioneren van een ecosysteem. En je kunt het goed gebruiken bij natuurbeheer.”

Vorige week ontving Likens een eredoctoraat aan de Landbouwuniversiteit Wageningen voor zijn wetenschappelijk onderzoek van de afgelopen 35 jaar. Hij is de eerste geweest die de zogenoemde ecosysteembenadering in de praktijk bracht, samen met een handvol collega's. Hierbij bekijken onderzoekers zoveel mogelijk aspecten van een ecosysteem. Ze beperken zich dus niet tot bomen, bodem of lucht, ze integreren alles. Likens: “Voordat we met Hubbard Brook begonnen, waren ecologische experimenten altijd klein van opzet. En belangrijker, ze waren niet kwantitatief.” Met zijn aanpak schiep Likens' team een nieuw type onderzoek binnen de ecologie. Grootschalig, kwantitatief en uitgespreid over vele jaren. Het onderzoek in Hubbard Brook Valley, dat in 1963 van start ging, loopt nog steeds. De aanpak is inmiddels op vele plaatsen in de wereld overgenomen en wordt gebruikt bij onderzoek naar de effecten van bijvoorbeeld zure regen en zware metalen op bossen en heide.

INDIANA

Likens groeide op in een klein dorp in het noorden van Indiana. De boerderij van zijn ouders lag tussen de bossen. Als jongen bracht Likens daar veel tijd door. Hij was altijd buiten, viste aan kleine meertjes en ontwikkelde een diepe liefde en begerige nieuwsgierigheid voor de natuur. Hij studeerde zoölogie aan de universiteit van Wisconsin. Eind jaren vijftig kreeg hij een baan aan Dartmouth College in Hanover (New Hampshire). Het idee achter de ecosysteembenadering begon toen net gestalte te krijgen. Een paar jaar later begonnen Likens en zijn collega's aan hun inmiddels vermaarde studie in Hubbard Brook Valley, een dal genoemd naar de 13 kilometer lange rivier Hubbard Brook die, met zijn talloze zijriviertjes, door dit bosgebied stroomt. De vegetatie van het hardhoutbos is typisch voor die van noordelijk New England. Tot de dominerende soorten behoren Amerikaanse beuk, esdoorn, gele berk, Amerikaanse linde, Canadese den en rode spar. De fauna omvat haas, bever, vos, zwarte beer en hert.

De onderzoekers kozen een aantal stukken in het bos uit, in het heuvelachtige noorden en zuiden, waar ze hun experimenten uitvoerden. Die plekken waren goed gekozen. Onder de zanderige leemgrond gaat namelijk een rotsbodem schuil. “Alle neerslag stroomt af naar de rivieren”, zegt Likens. “Het is een waterdicht systeem. We weten waar het water naartoe gaat en we kunnen het meten. Dat doen we her en der met een soort dammen die we aan de rotsbodem hebben bevestigd. Al het water moet hierlangs passeren.

“In het begin trokken we nogal eens de analogie met een patiënt waarvan je de gezondheid kunt aflezen aan het bloed of de urine. We vroegen ons af, kun je een bos vergelijken met een patiënt. Met andere woorden, kun je via een chemische analyse van regen- en rivierwater iets over de staat van je ecosysteem te weten komen? Dat bleek inderdaad te kunnen.”

Naast de dammen staan er in het proefgebied ongeveer twintig kleine weerstations. Daar worden regen en sneeuw opgevangen en chemisch geanalyseerd. Likens: “Verder houden we vogelpopulaties bij. Er leven zo'n negentig soorten vogels. We analyseren de inhoud van dode herten, we verzamelen bladeren die het bos inwaaien en meten hun samenstelling, we registreren stenen die via de rivieren het bos verlaten.”

De groep beschikt inmiddels over duizenden monsters van regen-, rivier- en grondwater en sneeuw. Zo hebben ze ook duizenden monsters van de bosbodem, van allerlei gesteenten en van sedimenten uit rivieren en meren. De ecosysteembenadering vergt monnikenwerk. En dan kan het nóg groter. Want, zo schreef Likens ooit: “Om een ecosysteem te begrijpen moet je blikveld het water omvatten, de lucht, het landschap en eventueel zelfs andere vergelijkbare ecosystemen of de hele planeet.” Schemert hier het Gaia-idee - die de aarde ziet als een superorganisme - door? “Nee”, zegt Likens meteen. “Ik weet niet eens wat men er nou precies mee wil zeggen. Kijk naar Hubbard Brook. Ik ben het ermee eens als je zegt dat de input en de output de verbinding vormen tussen het bos en de rest van de wereld. Als er zure regen uit de schoorstenen van de elektriciteitscentrales in Midden-Amerika overwaait en bij ons neerslaat, dan moeten we dat weten. Als er Saharazand in ons systeem komt moeten we dat weten. Je hebt het nodig om uit te vinden wat er gebeurt in het bos. Maar ik geloof niet dat het bos als een superorganisme werkt, dus kan ik ook niet geloven dat onze planeet werkt als een superorganisme.”

VERZURING

De vele duizenden metingen in Hubbard Brook Experimental Forest hebben duidelijk gemaakt hoe groot de menselijke invloed op het systeem is. De jaarlijkse input van stikstof is in die 35 jaar verdubbeld, en stijgt nog steeds. Stikstof spoelt via rivieren uit naar brede zeearmen en kustwateren. Door verzuring verdwijnen daar steeds meer vissoorten. De biodiversiteit neemt af. Met name planten die efficiënt weten om te gaan met stikstof zijn verdrongen door concurrenten die beter gedijen bij een overvloed aan stikstof. Nutriënten zoals calcium en magnesium - essentieel voor de bodemvruchtbaarheid - spoelen ook uit het systeem. Likens: “We bedrijven dus geen esoterische wetenschap, zoals sommigen beweren. We meten en trekken conclusies. De metingen vertellen je iets over de toestand van het bos, over de waterkwaliteit, over zure regen. We zijn met onze studie de eersten geweest die zure regen ontdekten in Noord-Amerika. In eerste instantie wisten we niet eens wat het betekende, of wat de oorzaak was. Pas in 1972 publiceerden we hierover ons eerste artikel.”

Zodra het over zure regen gaat, begint Likens te zuchten. “In Amerika wordt die hele kwestie uiterst onwetenschappelijk behandeld. In 1990 tekende Bush de Clean Air Act die de uitstoot van verzurende stoffen aan banden legt. In het jaar 2000 moet de uitstoot van zwaveloxiden terug zijn op het niveau van 1980. De wet schrijft een reductie van 10 miljoen ton per jaar voor. Maar dat getal is volkomen uit lucht gegrepen. Bovendien richt de wet zich voornamelijk op zwavelverbindingen en niet op stikstofverbindingen. Maar tegen het jaar 2015 zal stikstof een belangrijkere bijdrage leveren aan het zure-regenprobleem dan zwavel. Het vreemde is, in 1983 ben ik met een kleine groep wetenschappers al een keer in het Witte Huis geweest om alles uit te leggen over zure regen, stikstof en zwavel.

“Ik ben een wetenschapper, geen politicus. Politiek is het handig om je vooral te richten op zwaveloxiden. De uitstoot daarvan komt voor 70 procent op het conto van de elektriciteitscentrales. Die staan in Centraal-Amerika, in Ohio, Michigan, Indiana, Illinois en Kentucky. Wat denkt de politicus: er is één verbinding, er is één locatie. Dat probleem is dus betrekkelijk makkelijk aan te pakken. Het is lastiger om de uitstoot van stikstofoxiden aan banden te leggen, want je krijgt te maken met bijvoorbeeld landbouw en verkeer. Dat zijn diffusere problemen. Maar we zullen ze wel moeten aanpakken. Ik moet daar hoopvol over blijven. De Clean Air Act zal daarvoor wel aangescherpt moeten, want met de huidige wet zal het zure-regenprobleem niet opgelost worden.”

Likens heeft ook kritiek op de media, die zich in de jaren tachtig op het onderwerp zure regen stortten. “In de jaren tachtig publiceerde The New York Times er jaarlijks honderden stukken over. Maar na het tekenen van de Clean Air Act verdween alle aandacht. Er kwam een nieuw topic op de agenda: het klimaat. Hoewel ik merk dat de aandacht voor zure regen weer wat aan het terugkomen is. In Canada is net een rapport gepubliceerd over het effect van zure regen op de bodem. Dat effect is groot. En datzelfde vinden wij ook in Hubbard Brook. Calcium en magnesium verdwijnen uit de bodem. Terwijl hun concentratie in de neerslag drastisch is afgenomen in de laatste decennia. Wat dat betekent weten we nog niet. Het is ook nog onduidelijk waar die stoffen blijven. Er stroomt veel uit het systeem, maar misschien zakt een deel naar beneden, daar waar de wortels er niet meer bijkunnen. De meeste bomen in Hubbard Brook wortelen niet erg diep.”

Alleen een lange-termijnstudie zoals die in Hubbard Brook kan dit soort gegevens boven water krijgen, meent Likens. “Volgens een onlangs gepubliceerde, door de overheid gefinancierde studie heeft zure regen geen enkel effect op de bodem. Maar de gegevens kloppen niet. De onderzoekers baseren zich op modellen en hebben alleen korte-termijnstudies uitgevoerd. Wij hebben data vanaf 1963.”

TUINIEREN

Het is ook alleen een studie zoals die in Hubbard Brook die kan vaststellen dat het bos is gestopt met groeien. “Sinds 1982”, zegt Likens. “We hebben vorig jaar nog gemeten, maar de bomen vertonen al 16 jaar geen groei meer. Of dat komt door een gebrek aan calcium, dan wel magnesium, dat weten we niet. We beginnen nu een experiment waarbij we calciumrijke mineralen aan de bodem toevoegen en kijken wat daarvan het effect is op de bodem en de groei van de bomen. Die studie kan 20 tot 50 jaar duren.

“Als een biologisch systeem stopt met groeien wil je weten waarom dat gebeurt. Het is geen goed teken. En ja, het is een reden voor ongerustheid. Want we zijn afhankelijk van dergelijke ecosystemen voor schoon water, vezels, voedsel en lucht. Je ziet ook dat je niet straffeloos iets uit het systeem kunt laten verdwijnen. Het is als tuinieren. Je kunt niet steeds dingen uit je tuin blijven halen, zonder mest of organisch afval terug te geven.”

Likens gaat zijn ecosysteembenadering nu loslaten op de stad Baltimore. Afgelopen november zegde de National Science Foundation hem hiervoor 10 miljoen dollar toe. “We willen weten wat er de stad in- en uitgaat. Maar er is meer. We bestuderen bijvoorbeeld de ecologische en psychologische waarde van parken en van trottoirs. Kinderen krijgen onderricht over hun stad, over levenscycli en kringlopen, over water en over goederen. Steden als Mexico Stad en SaNÑo Paolo worden almaar groter. Hoe blijven ze functioneren, hoe voldoen ze aan de groeiende vraag naar bijvoorbeeld water? Dat willen we beantwoorden.”