Een van de meest in het oog springende studies binnen SOILGUARD zal gericht zijn op het vergroten van ons inzicht in het effect van gecombineerde klimaatstressoren (droogte en hittegolven) op de biodiversiteit in de bodem. In elke NUTS-2 regio van de EU die door SOILGUARD wordt bestudeerd, zal een klimaatsimulatie in het veld worden geïnstalleerd. Deze experimentele opzet zal ons in staat stellen de impact van toekomstige regiospecifieke klimaatomstandigheden op de biodiversiteit en multifunctionaliteit van de bodem te beoordelen en te vergelijken hoe deze effecten verschillen naargelang het type bodembeheer (bv. conventioneel en biologisch beheer op landbouwgronden). Deze gegevens zullen worden gecombineerd met instrumenten voor machinaal leren om het voorspellend vermogen van de effecten van bodembeheer op de biodiversiteit van de bodem en de levering van ecosysteemdiensten onder toekomstige klimaatomstandigheden te vergroten. Dit zal van cruciaal belang zijn om het potentieel van bodembiodiversiteit als een op de natuur gebaseerde oplossing aan te tonen.
Aan de hand van locaties die zijn gedefinieerd op basis van de LUCAS-bodeminformatiebank, korte interviews met landeigenaren en veldcontroles heeft het team van UMH SOILGUARD bodems bemonsterd van 10 graanpercelen met traditioneel beheer en 10 met biologisch beheer binnen de NUTS-2-regio Murcia, Spanje. De monsters werden naar verschillende SOILGUARD partners in Europa gestuurd om bodemeigenschappen te analyseren zoals het gehalte aan micro-arthropoden, plant-microschimmel bodemaggregatie, DNA-diversiteit, vetzuren, organische stofgehalte, microbiële biomassa koolstof, basale bodemademhaling en enkele enzymatische activiteiten, ook beschikbare fosfor, bulkdichtheid en grove fragmenten.
Tijdens het oogstseizoen van 2022 (juni – augustus) voerden wij droogte-klimaatveranderingssimulaties uit in twee aangrenzende percelen van de 20 bovengenoemde locaties. Het belangrijkste verschil tussen beide was het gewasbeheer (de ene biologisch, de andere conventioneel door het gebruik van landbouwchemicaliën in de afgelopen 10 jaar). De simulatie werd uitgevoerd door kleine kassen te installeren die zo zijn ontworpen dat ze de regen, maar niet de wind, buiten houden en dus binnen dezelfde temperatuur aanhouden als buiten. Wij simuleerden een droogte met 80% minder neerslag voor het seizoen van drie maanden, maar moesten 18 l/m² uit de kassen irrigeren als gevolg van een abnormaal warmere en drogere zomer dan het gebruikte klimaatveranderingsmodel (RCP 4.5). In beide gevallen had het gewas te lijden onder watertekort, wat tot uiting kwam in de opbrengst. Met zo’n vroege omschakeling naar biologische landbouw zijn de bodems nog niet veerkrachtig genoeg om het hoofd te bieden aan de gevolgen van de klimaatverandering die zich nu al in deze regio voordoen.
Op twee naast elkaar gelegen en vergelijkbare (de ene biologisch, de andere conventioneel) langlopende veldexperimenten waarin verschillende soorten bodembewerking worden vergeleken. De 2022 SOILGUARD klimaatsimulaties werden uitgevoerd gericht op de simulatie van een agronomische droogte, die naar verwachting vaker zal voorkomen als gevolg van de klimaatverandering. Op het biologische veld werden simulaties uitgevoerd op een veld met een goede bodemstructuur en beheerd met niet-inversieve grondbewerking. Het conventionele veld had een ploegpan en werd geploegd.
De simulatie werd uitgevoerd door de installatie van speciale regenschuilplaatsen (open aan de bovenkant, die droogte induceren maar warmteophoping voorkomen) in een aardappelgewas gedurende een periode van 3 maanden (mei-augustus 2022). De neerslag onder de kappen (met behulp van een regensimulator die gewoonlijk bij erosieonderzoek wordt gebruikt) werd teruggebracht tot ongeveer de helft van de neerslag op de niet-overdekte velden. Onder de overkappingen viel in totaal ongeveer 35 l/m² neerslag. In de open lucht bedroeg de neerslag tijdens de simulatieperiode ongeveer het dubbele van deze hoeveelheid. In beide gevallen had het gewas te kampen met een watertekort dat tot uiting kwam in de opbrengst. In deze droge omstandigheden was de gewasopbrengst op het biologische veld aanzienlijk hoger dan op het conventionele veld.
In de NUTS-2-regio Midden-Jutland met een continentaal klimaat worden droogte- en hittegolfsimulaties uitgevoerd op 2 velden, één conventioneel en één biologisch.
Droogte
In 2022 werd op beide velden zomergerst geteeld. Om een droogteperiode van 3 maanden te creëren, werden in elk veld 3 schuilplaatsen (3×5 meter) geplaatst. De shelters werden gedurende deze periode tweemaal verwijderd, waardoor de percelen een som van ca. 46 en 39 mm regen in respectievelijk de conventionele en biologische velden. De bodem werd bemonsterd van 6 percelen van 50 x 50 cm na de droogteperiode. 1 perceel in elke schuilplaats en 3 percelen buiten onder natuurlijke omstandigheden.
De bodemmonsters werden verzonden naar verschillende SOILGUARD-partnerinstellingen voor fysische, chemische en biologische analyses. Het droogte-experiment zal in 2023 worden herhaald.
Hittegolf
In 2022 werden in Denemarken 5 proeftesten met hittegolven uitgevoerd, waarbij gebruik werd gemaakt van infrarood- en kooldraadverwarmers die in de schuilplaatsen waren gemonteerd. De temperatuur werd gemeten in de bodem, op grondniveau en in de lucht onder de kachels, alsook aan de andere kant van de kooien en buiten.
Op basis van deze proefprojecten is besloten om in 2023 hittegolfsimulaties op te zetten in Letland, Ierland, België, Hongarije en Denemarken. In elke schuilplaats zullen 6 infraroodverwarmers worden gemonteerd en aan het einde van de droogteperiode van 3 maanden zal een 5-daagse hittegolf worden gesimuleerd.
In Letland (NUTS – 2 Boreale regio) werden proeven uitgevoerd op biologische en conventionele velden. In beide systemen werd wintertarwe geteeld. In elk van de teeltsystemen werden de planten in het open veld en onder afdaken geteeld. Onder de afdaken kregen de planten water volgens het door NOA ontwikkelde scenario.
Bodemmonsters werden genomen tijdens de bloeifase van de tarwe, bij de oogst en de maand na de oogst en werden naar verschillende SOILGUARD-partnerinstellingen gestuurd voor fysische, chemische en biologische analyse. De droogte- en hittegolfexperimenten worden in 2023 voortgezet.
In Hongarije werd het eerste experimentele jaar afgerond. In experiment 3-3 werden zowel biologische als conventionele teeltsystemen overdekt met regenkappen om regenwater te weren en droogte te simuleren. Onder de overkappingen werd alleen de voorspelde hoeveelheid water verdeeld door middel van irrigatie in overeenstemming met het door NOA berekende klimaatveranderingsscenario voor deze specifieke regio. Als controle werden ook 3-3 biologische en conventionele percelen toegewezen voor bemonstering in de buurt van de beschutte gebieden.
In het tweede jaar van het experiment is de droogtesimulatie aangevuld met infraroodstralers onder de overkappingen om ook hittegolven te simuleren. Elk perceel werd bemonsterd, en de analyse van de bodemmonsters en de evaluatie van de gegevens zijn aan de gang.
De proeflocatie in Midden-Finland bestaat uit studiepercelen van 50 m * 50 m die naast elkaar staan met daartussen slipsporen. De behandelingen omvatten vergelijkingen tussen selectie met één boom, uitdunning van onderaf en recente kap in door fijnsparren gedomineerde opstanden. Het oorspronkelijke ontwerp is gestart in 1986 (Laiho et al. 2011, Forestry 84: 547-556) en dus is de leeftijd van de dominante bomen in de ongelijkjarige Continuous Cover Forestry-behandeling ongeveer 40 jaar (CCF40). Deze “duurzame” behandeling wordt vergeleken met verschillende stadia van “conventionele” gelijkjarige bosbouw; van onderaf gedund (40 jaar, T40), kap van schuilhout (12 jaar geleden, TSW12) en kaalkap (12 jaar geleden, T12). De droogtesimulaties worden uitgevoerd in drie replicate veldpercelen per behandeling en vergeleken met de nabijgelegen controlegebieden.
In Ierland werd de klimaatsimulatie op het veld uitgevoerd in een proef met begraasd grasland in het Teagasc Research Centre, Johnstown Castle, Co. Wexford. De simulatie werd uitgevoerd in de zuidelijke NUTS-2-regio van Ierland, die een gematigd oceaanklimaat heeft met historisch overvloedige regenval en een gebrek aan temperatuurextremen. De afgelopen jaren heeft deze regio echter verschillende droogteperiodes gekend die een aanzienlijke impact hebben gehad op de landbouwproductiviteit.
Om te begrijpen hoe de biodiversiteit en functie van de bodem reageerden op gesimuleerde droogte en hittegolven in Ierse agrarische graslanden, werden bodemmonsters verzameld van begraasde paddocks met ofwel grasklaver- ofwel meersoortengrasland. De multisoorten bestonden uit een mengsel van L. perenne, P.pratense, T. repens, T. pratense, C. intybus en P. lanceolata, die een hoge opbrengst opleveren met een lagere kunstmestgift en gepaard gaan met minder verliezen van nutriënten in het milieu.
Binnen elke paddock hebben wij een controleperceel met regen en een droogte/warmtegolf-behandeld perceel aangelegd. Wij herhaalden de bemonstering voor, tijdens en na de droogte/warmtegolfsimulatie om de reactie van de bodemgemeenschappen op de klimaatstress te meten en te volgen. Het simulatie-experiment loopt nog in Ierland en wij zullen de hittegolfstress deze zomer uitvoeren.