Ondergrondse plant biodiversiteit

Het is redelijk bekend dat de productiviteit van de planten, die de basis vormt van de wereldwijde voedselketen, afneemt doordat er steeds minder soorten zijn. Er wordt veel gediscussieerd over de mechanismen die ten grondslag liggen aan dit verband tussen de plantendiversiteit en de productiviteit van de gemeenschap, maar in feite is er weinig over bekend. Gezien de sterke voedingsstoffenlimitatie bij de meeste soortenrijke ecosystemen ligt het antwoord waarschijnlijk onder de grond.

Verborgen wereld

Ondanks het feit dat meer dan de helft van de plantenbiomassa op aarde uit wortels bestaat, is er nauwelijks onderzoek gedaan naar het deel van de plant dat onder de grond zit: de wortels vormen letterlijk een verborgen wereld. Nog belangrijker is dat de voortgang in het onderzoek naar plantenwortels in relevante gemeenschappen belemmerd wordt door het gebrek aan methodologische mogelijkheden om de wortels in soortensamenstellingen uit elkaar te houden. Als gevolg daarvan zijn het bewortelingspatroon en de wortelbiomassa van individuele soorten in samenstellingen nooit gekwantificeerd bij experimenten rond biodiversiteit. De eerste stap om dit hiaat in ons inzicht in het functioneren van het ecosysteem te dichten, is een nieuwe moleculaire methode om de proportionele abundantie van verschillende soorten in wortelmonsters van soortensamenstellingen te kwantificeren (Mommer et al., 2008). Voor het eerst is het nu mogelijk om te bestuderen welke wortels waar in de bodem zitten.

Wortel interacties

De ondergrondse functie van een plant is de opname van water en voedingsstoffen. De wortelgroei is afhankelijk van de beschikbaarheid van deze bronnen in de bodem, waardoor er veel wortels worden aangetroffen op plekken waar veel voedingsstoffen zitten en gebieden die uitgeput zijn worden vermeden. Recente studies lijken echter aan te tonen dat de ondergrondse wereld vele malen complexer is: de wortelgroei wordt niet alleen beïnvloed door de aanwezigheid van wortels ernaast; de groei wordt zelfs afgestemd op de exacte identiteit van de wortels ernaast. De wortels lijken dus te herkennen van welke plant andere wortels afkomstig zijn en hun gedrag op deze informatie af te stemmen. In dezelfde lijn hebben we in een biodiversiteitsexperiment ook kunnen waarnemen dat de wortelgroei sterk wordt gestimuleerd als gevolg van interspecifieke interacties tussen vier veelvoorkomende weidesoorten. De planten produceerden in het eerste groeiseizoen in samenstellingen met andere soorten tot wel 40% meer wortels in vergelijking met monoculturen. Dit benadrukt de dramatische gemeenschapsbrede gevolgen van het feit dat wortels herkennen van welke plant andere wortels afkomstig zijn en dat ze daarop reageren.

Ons voorstel is om te bepalen wat de gevolgen zijn van deze interspecifieke wortelinteracties voor ecosysteemfuncties zoals de productiviteit en de voedingsstoffenkringloop. Daartoe zullen we de bewortelingspatronen van plantensoorten onderzoeken in bestaande weidegemeenschappen en in kleinschalige experimenten waar twee soorten planten onder gecontroleerde omstandigheden in een ondergrondse arena de strijd aan zullen gaan. Bovendien zullen we een begin maken met het ontrafelen van de onderliggende mechanismen. We hebben weinig inzicht in de interspecifieke wortelinteracties, waaronder een verbeterde wortelgroei, maar het is waarschijnlijk dat deze interacties niet alleen worden beïnvloed door soortspecifieke reacties op uitgeputte voedingsstoffenbronnen, maar ook door wortelexudaten en/of interacties met biota in de rhizosfeer.

Links

• Nijmegen Phytotron