VUB-onderzoek: ook bodems hebben een geheugen

In zijn doctoraat onderzocht VUB-onderzoeker Elias Goossens hoe planten de bodem waarin ze groeien beïnvloeden, en hoe die veranderde bodem vervolgens de groei van andere planten bepaalt. Planten halen niet alleen voedingsstoffen uit de bodem, ze veranderen die ook. Via hun wortels beïnvloeden ze de chemische samenstelling van de grond, de structuur van de bodem en de gemeenschap van bacteriën, schimmels en andere micro-organismen die er leven. Die veranderingen hebben vervolgens een effect op de planten die later op dezelfde plek groeien en vormen als het ware het geheugen van de bodem.

Wetenschappers spreken van in dat verband over "plant-bodemfeedback": een voortdurende wisselwerking tussen planten en hun leefomgeving. "Je kunt de bodem zien als een geheugen van de planten die er voordien groeiden", zegt Goossens. "Planten laten hun sporen achter en die bepalen mee welke soorten daarna succesvol kunnen zijn."

In het verleden werd die plant-bodemfeedback doorgaans onderzocht in laboratoriumexperimenten met één plantensoort tegelijk. Dergelijke monoculturen komen in de natuur nauwelijks voor. Graslanden bestaan uit tientallen soorten die voortdurend met elkaar concurreren en samenwerken. Goossens onderzocht daarom wat er gebeurt in echte plantengemeenschappen. De resultaten tonen aan dat experimenten met één enkele soort geen betrouwbare voorspelling geven van wat er in natuurlijke graslanden gebeurt. De interacties tussen verschillende soorten zijn veel belangrijker dan gedacht.

Opvallend is dat dominante plantensoorten in soortenrijke graslanden vaak worden afgeremd door hun eigen invloed op de bodem. Ze creëren omstandigheden die hun verdere groei bemoeilijken omdat ze ziekteverwekkers promoten in de boden, die vooral planten van dezelfde soort ziek maken. Zeldzamere soorten ondervinden daardoor positieve effecten en krijgen meer kansen, omdat die dominante soorten het slechter doen. Dat mechanisme helpt voorkomen dat één soort alle andere verdringt. "Die negatieve feedback werkt als een natuurlijke rem op dominante soorten", zegt Goossens. "Daardoor kunnen veel verschillende plantensoorten naast elkaar blijven bestaan."

Het onderzoek werpt ook nieuw licht op invasieve planten, uitheemse soorten die zich snel verspreiden en lokale ecosystemen kunnen verstoren. Een populaire theorie stelt dat die planten succesvol zijn omdat ze ontsnappen aan de ziekteverwekkers en bodemorganismen die hen in hun oorspronkelijke leefgebied afremmen. Wetenschappers noemen dat de 'Enemy Release Hypothesis'.

De resultaten tonen echter een genuanceerder beeld. In soortenrijke graslanden blijken invasieve planten niet automatisch een voordeel te hebben. Pas wanneer de biodiversiteit afneemt en er minder verschillende soorten aanwezig zijn, kunnen invasieve planten sterker profiteren van het ontbreken van hun natuurlijke vijanden. Dat maakt soortenarme ecosystemen kwetsbaarder voor invasies, hetgeen overeenkomt met waarnemingen in de natuur. Er speelt bovendien nog een ander mechanisme: met meer inheemse soorten in een vegetatie zijn er meer ecologische niches gevuld, waardoor het moeilijker is voor een exoot om die zo’n niche in te nemen ​ - er zijn er minder beschikbaar - en dus om zich te vestigen en invasief te kunnen worden. “We werkten zowel met gesteriliseerde als met niet-gesteriliseerde bodems en konden zo het belang van die twee mechanismen apart bepalen”, aldus de onderzoeker.

Goossens onderzocht verder de rol van voedingsstoffen in de bodem. Hij stelde vast dat niet alleen de hoeveelheid voedingsstoffen, maar ook de verhouding tussen bijvoorbeeld stikstof en andere elementen bepaalt hoe sterk plant-bodemfeedbacks werken. Dat is belangrijk omdat menselijke activiteiten die balans steeds vaker verstoren. Bemesting, stikstofvervuiling en invasieve plantensoorten kunnen de bodemchemie veranderen. Zo staat de invasieve reuzenguldenroede (Solidago gigantea) erom bekend de beschikbaarheid van stikstof in de bodem te verhogen door organisch materiaal sneller te laten afbreken.

Volgens Goossens kunnen die veranderingen de natuurlijke mechanismen die biodiversiteit in stand houden, ondermijnen. "Wanneer plantensoorten verdwijnen, verliezen we niet alleen soorten boven de grond", zegt hij. "Ook de complexe interacties in de bodem raken verstoord. Daardoor kunnen enkele dominante soorten de overhand krijgen en wordt het voor invasieve planten gemakkelijker om zich te vestigen."

De studie toont aan dat biodiversiteit meer is dan een verzameling van soorten. Een soortenrijk grasland beschikt ook over een verborgen netwerk van interacties tussen planten, bodemorganismen en voedingsstoffen. Precies dat ondergrondse samenspel zorgt ervoor dat ecosystemen stabiel blijven. Wanneer de diversiteit afneemt, kan een kettingreactie ontstaan die zichzelf versterkt en de deur openzet voor verdere achteruitgang van de natuur.

Met zijn doctoraat levert Elias Goossens nieuwe inzichten in de verborgen processen die bepalen hoe graslanden functioneren en waarom biodiversiteit essentieel is voor gezonde en veerkrachtige ecosystemen.

Titel doctoraat: Impact of plant soil feedbacks on invasive plants and co-existence in grassland communities

Meer info:

Elias Goossens: elias.goossens@vub.be

Promotor: Professor Harry Olde Venterink

Publicaties:

Frans Steenhoudt

Perscontact wetenschap en onderzoek

• frans.steenhoudt@vub.be
• +32 4 75 68 64 69

• www.vub.be