Vegetatiepatronen voorspellen instorten van een ecosysteem

Catastrofes in ecosystemen, zoals die zich voltrekken bij woestijnvorming, zijn te voorspellen door te kijken naar ruimtelijke patronen in de begroeiing van een gebied. Onderzoekers van de universiteit van Utrecht en het Nederlands Instituut voor Ecologie in Yerseke hebben computermodellen ontwikkeld die dit soort voorspellingen kunnen doen (Science, 24 sept).

In droge graslanden en savannes maar ook in natte, voedselarme veengebieden wisselen plantengroei en kale grond elkaar op een grillige, maar vaak ook verrassend regelmatige manier af. Het ontstaan van dergelijke patronen is afhankelijk van de geschiedenis van het gebied, maar bepaalt tegelijkertijd hoe het gebied reageert op toekomstige droogtes of verarming van de bodem. Met de kennis die de modellen van Max Rietkerk en zijn collega's bieden is het dus mogelijk catastrofes te voorkomen en kunnen nieuwe beplanting of irrigatie effectiever worden toegepast.

De modellen beschrijven de verspreiding van water in en boven de grond. Planten spelen daarbij een actieve rol: ze nemen water op, laten het weer verdampen en kunnen zich bovendien vermenigvuldigen. Bovendien maken ze met hun wortels de grond losser, waardoor het water er beter in kan doordringen. Naarmate het aantal planten toeneemt, houdt de grond water en voedingsstoffen beter vast, waardoor verdere plantengroei wordt gestimuleerd. Ook hoogteverschillen, verantwoordelijk voor het transport van water, spelen bij dit alles een rol.

Bij catastrofes als verwoestijning of vergrassing van savannes laat de begroeiing een karakteristieke opeenvolging van verschillende patronen zien, met groottes variërend van enkele centimeters tot vele meters. Planten slagen er blijkbaar in te overleven door zich ruimtelijk te organiseren, totdat er een catastrofe optreedt naar een `homogene' toestand waarin de begroeiing volledig verdwenen is. Als er daarna weer meer regen valt of meer voedingsstoffen beschikbaar komen, herstelt de oorspronkelijke toestand zich niet meer spontaan. Uit de modellen blijkt dat verschillende patronen elkaar steeds op een voorspelbare wijze opvolgen en ook waarom zo'n catastrofale overgang onomkeerbaar is. Daardoor is beter voorspelbaar wanneer een gebied in een gevarenzone terechtkomt en ook wat de beste manier is om stabielere vegetatiepatronen te versterken door betere regulering van de begrazing of door specifieke beplanting.