KNAW

Research

BO-02-004 Abiotic conditions for Ecological Main structure

Pagina-navigatie:


Update content


Title BO-02-004 Abiotic conditions for Ecological Main structure
Period 2005 - unknown
Status Current
Research number OND1306492

Abstract

Policy task:
In Dutch nature policy the realisation of a network of interconnected natural areas (the 'National Ecological Network') is a central theme. Eutrophication and desiccation are strongly limiting the ecological quality in the network, and also soil pollution by heavy metals poses a threat. When agricultural land is given back to nature, mobilisation of phosphate can occur, thus further aggravating eutrophication. For the realisation of the National Ecological Network knowledge is required on the feasibility of targets in both nature and landscape planning. In this programme the focus was on the formulation, quantification and consolidation of critical loads and limits for both nutrients and pollutants on a regional scale.

Knowledge Questions related to Policy Tasks:
the question tackled in this theme are related to four subthemes:

- what are the ecological conditions required by the target types defined for the National Ecological Network? (subtheme A)
- By which physical measures can these conditions be created, and how effective are these measures? (subtheme B)
- What is the optimal spatial configuration of natural areas, also taking account of regional patterns of environmental quality? (subtheme C)
- What are the ecological effects of air pollution, with a focus on deposition of ammonia and heavy metals (subtheme D)
Results: Results include various reports, scientific papers, workshop contributions, databases and models as summarized per sub theme below

Subtheme A: Abiotic conditions

- A knowledge system on response of plant species to abiotic conditions has been developed. The database includes aggregated data per species and per vegetation type. The ultimate goal is to replace the Ellenberg indicator system. The system is now available via the internet
- Another knowledge system is available with a focus on well developed and stable examples of rare vegetation types, including descriptions of soil profile, vegetation and hydrology
- A report is being produced on the methodological aspects of critical load determination, including a comparison of all available methods and their uncertainties
- Estimates of critical loads for nature target types have been produced using the updated input model SMART2-NTM for critical load estimation.

Subtheme B: Effectiveness of physical measures

- Field studies and experiments have been carries out to analyse the role of different nutrients (P, N and S) in the restoration process and associated management. Rewetting of soils may result in the mobilization of P, which is supposed to be irreversible. Furthermore Sulphate Related P Mobilization (SRPM) may cause serious problems
- An experimental design was set up on field scale to monitor the influence of different rehabilitation and management practices on vegetation development of abandoned agricultural fields. In the initial state the vegetation appeared to be N-limited in productivity and soils appeared to be moderately P-saturated (10-30%).
- Laboratory and field data are collected to parameterize and calibrate a P-module in the SUMO/SMART model to be able to incorporate P related problems. Analysis of soil and vegetation data reveals a slight increase of soil pH and a decline of ammonium and increase of nitrate which is reflected by vegetational response over the period 1990-2000. It is hypothesized that soil biota are not yet recovered from environmental stress, which is considered as cause of disturbed a nitrogen cycle.
- In a literature search and modelling exercises it became evident that changes in soil conditions can result in significant changes in accumulation of contaminants by wildlife. Initial validation of the models with literature data showed that the models were capable of simulating accumulation patterns similar to the literature data.
- An inventory on side effects on fauna of measures was conducted. It was illustrated that fauna species can be sensitive to measures, but that the scale in space and time is a major factor.

i>Subtheme C: spatial configuration

- A decision support system BONANZA has been finalized describing the effect of measures on abiotic circumstances and suitability for nature target types. A CD ROM with manaul is available.
- The decision support system INITIATOR2-OPS has been applied to assess the effectiveness of a wide variety of agricultural management measures on the atmospheric deposition on nearby nature and the emissions of nitrogen and green hosue gases to air and water. Applications are used by the various provinces to evaluate reconstruction measures.
- The model chain SMART2-NTM/MOVE was adjusted to evaluate the effects of climate change on Dutch nature by including the effect of hydrological processes, precipitation and temperature due to climate change on biomass growth and species composition of nature target types. Validated and application of the model is foreseen in the next years.

Subtheme C: spatial configuration

- A decision support system BONANZA has been finalized describing the effect of measures on abiotic circumstances and suitability for nature target types. A CD ROM with manaul is available.
- The decision support system INITIATOR2-OPS has been applied to assess the effectiveness of a wide variety of agricultural management measures on the atmospheric deposition on nearby nature and the emissions of nitrogen and green hosue gases to air and water. Applications are used by the various provinces to evaluate reconstruction measures.
- The model chain SMART2-NTM/MOVE was adjusted to evaluate the effects of climate change on Dutch nature by including the effect of hydrological processes, precipitation and temperature due to climate change on biomass growth and species composition of nature target types. Validated and application of the model is foreseen in the next years.

Subtheme D Ecological effects of air pollution

- A method has been developed to assess nitrogen availability and has been applied in some nitrogen sensitive plant communities to be able to assess reliable critical loads of nitrogen according the evaluation procedures as defined in the SMART- MOVE/NTM-model. Results show that biomass production is best predicted by a multiple linear model with the C/N ratio, potassium and phosphorus stocks (0-10 cm) as predictors. Results also show that on P-limited sites the vegetation is more sensitive to increased nitrogen levels than on N-limited sites.
- Two papers have been written presenting an overview of methodologies used to derive critical soil metal concentrations in view of ecotoxicological effects (article 1) and health effects on both humans and animals (article 2). Critical limits appear to be a function of pH, organic matter content and clay content, varying about one order of magnitude between soil types depending on these soil properties. Both papers are published in Reviews of Envirommental Contamination and Toxicology
- Various approaches to calculate critical loads of metals on forest ecosystems, critical limits and steady-state calculation models are described in a paper submitted to Environmental Polllution. The assessment shows that present loads on Dutch forests may exceed critical loads in parts of the forests for Pb only.
- Critical limits of Cd, Pb, Cu and Zn in Dutch soils were compared with present concentrations. Results show that at present there is hardly any exceedance of the critical concentration for all four metals in view of in view of ecological impacts on soil organisms and plants. Groundwater quality criteria are also hardly exceeded, but in nearly 40% of the surface waters, the Dutch MTR value for Cu and Zn is exceeded. A paper on this topic is published in Water Air and Soil Polllution.
- A report was produced describing the results of the study comparing Dutch networks focusing with biotic and abiotic variabales to the international ICP Forest network, and making recommendations to improve both the national and the international networks.
- An assessment report was written providing state of the art knowledge on adverse effects of ammonia and the necessarily emission reductions to recover and/or preventing from adverse effects.

Publications of this programme are available Here

Abstract (NL)

LNV beleidsopgave, maatschappelijk probleem en beleidscontext:
In het natuurbeleid staat de realisatie van de kwaliteit van de Ecologische Hoofdstructuur (LNV nota "Vitaal platteland") centraal. Vermesting en verdroging zijn in delen van de EHS beperkend zijn voor het behalen van de kwaliteitsdoelstelling op oa. floristisch gebied. Voor de faunistische doelstellingen betreft het vooral verontreiniging met zware metalen. Bij omzetting van landbouwgronden in natuur en vernatting kan vooral fosfaatmobilisatie een probleem vormen. In het kader van de realisatie van de EHS en de reconstructie van het landelijk gebied is behoefte aan kennis over de haalbaarheid van streefbeelden voor natuur en landschap. De beschikbare set van kritische waarden voor stikstof- en zuurdeposities is verder te beperkt om regionale en lokale verschillen in effectrisico s van natuurdoeltypen vast te stellen. Daarnaast zijn kritieke risicogrenzen voor verontreinigingen en het functioneren van faunistische doelsoorten niet goed onderbouwd.

Kennisbehoefte:
De resultaten van dit onderzoek moeten inzicht geven in de noodzakelijke verbetering van de milieukwaliteit als randvoorwaarde voor de realisatie van de EHS. Daarmee zijn de resultaten van belang voor o.a. het Programma Beheer, de subsidieregeling OBN, de herinrichting van het landelijk gebied (reconstructie), de begrenzing van EHS en VHR gebieden, en meer in het algemeen voor de beleidsdossiers Nota "Vitaal Platteland" en Nota "Natuur voor mensen, mensen voor natuur". Meer specifiek is dit thema relevant voor het LNV beleid in de hieronder aangegeven drie subthema s (gedefinieerd conform de kaderbrief):
- A Abiotische randvoorwaarden voor de realisatie van de EHS
- B Abiotische randvoorwaarden i.r.t. beheer en effectgerichte maatregelen
- C Abiotische randvoorwaarden i.r.t ruimtelijke rangschikking en samenhang
Onderzoek binnen dit kader levert een verbeterd inzicht in (i) de relaties tussen abiotische condities en de haalbaarheid van floristische en faunistische natuurdoelen binnen de EHS (dosis-effect relaties, A), (ii) de effectiviteit van (herstel) beheer om natuurdoelen te verwezenlijken (B) en (iii) de optimale begrenzing en ruimtelijke rangschikking van de EHS, mede met behulp van bestaande en verder te operationaliseren beslissingsonderteunende systemen (C). Voor 2007 zijn er 2 nieuwe projecten in dit thema en de rest zijn doorlopende projecten.

Kennisopdracht:
Subthema A Abiotische randvoorwaarden voor de realisatie van de EHS Doelstelling van dit subthema is de verbetering van inzicht in de benodigde milieukwaliteit als randvoorwaarde voor de realisatie van de EHS, met name de abiotische randvoorwaarden voor floristische en faunistische natuurdoelen. De gevonden dosis effect relaties worden vastgelegd in bestaande kennissystemen ten behoeve van ecologische risicobeoordeling. Belangrijkste onderzoeksvragen voor het jaar 2007 (aansluitend op vragen in voorgaande jaren) zijn:
- Wat is de relatie tussen voorkomen plantensoorten in Nederland en abiotische randvoorwaarden voor de factoren vocht, zuurgraad, trofiegraad (beschikbaarheid van stikstof, fosfaat en andere nutriënten) en temperatuur.
- Welke abiotische randvoorwaarden zijn gewenst voor de diverse levensgemeenschappen / natuurdoeltypen?
- Wat zijn de precieze kritische belastingen (N-plafonds) voor locale vegetaties en natuurdoeltypen
Subthema B Abiotische randvoorwaarden i.r.t. beheer en effectgerichte maatregelen Doelstelling van dit subthema is inzicht geven in de noodzakelijkheid en effectiviteit van (herstel) beheer om natuurdoelen te verwezenlijken, mede met behulp van de onder subthema A ontwikkelde dosis effect relaties. Binnen subthema B worden deze effect relaties gerelateerd aan specifiek beheer een maatregelen, waarmee directe effecten van dergelijk beheer en maatregelen op het voorkomen van flora en fauna te duiden zijn.
Daarnaast is een belangrijk aspect binnen dit thema gericht op potentiële (negatieve) neveneffecten die maatregelen en beheer kunnen hebben op het voorkomen van organismen.
Belangrijkste onderzoeksvragen, met daaraan gerelateerde projecten, voor het jaar 2007 (aansluitend op vragen in voorgaande jaren) zijn:
- Wat is het effect van van inrichtings- en beheersmaatregelen op de mobilisatie van fosfaat en daarmee op de vegetatieontwikkeling, rekening houdend met de rol van ijzer en zwavel.
- Wat is de effectiviteit van innovatieve maatregelen, die gebaseerd zijn op het herstel van het bodemleven in het humusprofiel, als schakel in de nutriëntenhuishouding van bosecosystemen op de natuurwaarden en biodiversiteit van multifunctionele bossen
- Wat zijn de gevolgen van inrichtings- en beheersmaatregelen op op de mobilisatie van contaminanten (met name zware metalen) en daarmee op de doorvergitiging naar hogere fauna
- Wat zijn neveneffecten van effectgerichte maatregelen op de fauna en wat zijn goede vuistregels voor de inrichting en het beheer van natuurterreinen op lokaal en regionaal niveau
Subthema C Abiotische randvoorwaarden i.r.t ruimtelijke rangschikking en samenhang Doelstelling van dit subthema is de verbetering van inzicht welke (her)begrenzing van de EHS tot de geringste spanning met andere functies in het landelijk gebied leidt en dus tot de hoogste natuurkwaliteit. Dit gebeurt mede met behulp van bestaande en verder te operationaliseren beslissingsondersteunende systemen. Op basis hiervan zal worden aangegeven welke gebieden kansrijk zijn ivm ecologisch functioneren en welke nastuurlocaties kansrijk zijn ondanks milieudruk. Belangrijkste onderzoeksvragen, met daaraan gerelateerde projecten, voor het jaar 2007 (aansluitend op vragen in voorgaande jaren) zijn:
- Wat is de is optimale begrenzing EHS gegeven de effecten van klimaatverandering op de EHS op regionale en nationale schaal, rekening houden met de dispersie van zaden, in relatie tot de haalbaarheid van onze natuurdoelen op de middellange termijn (2020)
- Wat is de kosteneffectiviteit van inrichting en beheersmaatregelen in landbouw en effectgerichte maatregelen in de natuur op de realisatie van natuur- en milieudoelen
- Optimaliseer een beslissingsondersteunend systeem (BOS) voor natuurontwikkeling en voor de inrichting en het beheer van natuurterreinen (BONANZA)
- Verbeter het instrumentarium voor het berekenen van kritische depositieniveaus (SMART2-SUMO2-MOVE) door het inbrengen van effecten van verdroging en valideer het instrument op gegevens over veranderingen in biodiversiteit

Methode in de aanpak:
Resultaten zullen worden verkregen op basis van een combinatie van:
- Inventariserend onderzoek: dit betreft vooral het verzamelen van gegevens over de respons van plantensoorten en -gemeenschappen op abiotische factoren, en het bouwen van een kennissysteem op het gebied van natuurgerichte randvoorwaarden voor flora en fauna t.b.v. gebiedsgerichte risicobeoordeling (staat centraal in subthema A en B).
- Experimenteel causaal-analytisch onderzoek en veldonderzoek: dit betreft in het bijzonder onderzoek naar de effecten van fosfaat en contaminanten (zware metalen/organische microverontreinigingen) op de biodiversiteit van flora en (bodem)fauna (staat centraal in subthema A en B)
- Modelverfijning/ modelvalidatie: dit betreft vooral het (verder) ontwikkelen van beslissing ondersteunende systemen (BOS) voor natuurontwikkeling en voor de inrichting en het beheer van natuurterreinen (staat centraal in subthema C)
- Deskstudies (Literatuuronderzoek): o.a. het afleiden van vuistregels voor inrichting en beheer van natuurterreinen (staat centraal in subthema B).
De verdeling tussen meer fundamenteel wetenschappelijk onderzoek en toegepaste onderzoek is verschillend per subthema. De subthema s A en B zijn veelal een mix van wat meer fundamenteel en toegepast onderzoek, terwijl subthema C sterk toegepast is.

Publicaties bij dit programma zijn beschikbaar via deze Link

Related organisations

Related people

Project leader Prof.dr.ir. W. de Vries

Related research (upper level)

Classification

A14000 Nature and landscape
D22400 Ecology

Go to page top
Go back to contents
Go back to site navigation