Onderzoek Erik Verbruggen

Abstract

Door de versterkte opwarming van het noordpoolgebied neemt het temperatuurverschil tussen het noordpoolgebied en de tropen af, wat leidt tot tragere circulatiepatronen en een "zwakkere" straalstroom. Bijgevolg wordt verwacht dat de regio's op de middelste breedtegraden (30-60° NB) te maken zullen krijgen met meer aanhoudende weerpatronen die worden gekenmerkt door langdurige droge en natte perioden. Langere droogtes zullen waarschijnlijk leiden tot meer extreme watertekorten die de voedselzekerheid ondermijnen, en extreme regenval kan bodemerosie veroorzaken en de productiviteit van gewassen verminderen doordat de vruchtbare bovengrond geleidelijk uitspoelt. Agrarische graslanden zijn bijzonder gevoelig voor veranderingen in de seizoensgebondenheid, frequentie en intensiteit van stressgebeurtenissen zoals voorspeld door klimaatmodellen, met mogelijke gevolgen voor koolstofopslag en de voedselvoorziening voor vee. In dit project bestuderen we de prestaties van verschillende grascultivars onder meer persistente neerslagregimes en de mogelijke voordelen van het mengen van deze cultivars. Daarnaast zullen we de rol van mycorrhiza ophelderen in het mogelijk versterken van de veerkracht van ecosystemen door hun modulerende effecten te bepalen op groei, waterpotentiaal, regulatie van het secundaire metabolisme, antioxidant enzymsystemen, hormonen en genexpressie van grassen onder regimes van afwisselend langdurige droge en natte perioden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Nijs Ivan
• Co-promotor: Beemster Gerrit
• Co-promotor: De Boeck Hans
• Co-promotor: Struyf Eric
• Co-promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bodemverzuring leidt tot grote veranderingen in het functioneren van graslanden en heides, met biodiversiteitsverlies als gevolg. Een mogelijke oplossing voor ecosysteemherstel is "Enhanced Silicate (rock) Weathering (ESW)" of "versnelde verwering van silicaatmineralen". ESW werd aanvankelijk ontwikkeld als mogelijke techniek om klimaatverandering tegen te gaan: door silicaatmineralen fijn te malen (= steenmeel) en uit te spreiden over de bodem, kan een versnelde verwering in gang gezet worden waarbij CO2 uit de atmosfeer wordt gehaald en HCO3- en basische kationen (bv. K+) worden vrijgemaakt. Hoewel deze methode een potentiële oplossing biedt voor twee dringende maar verschillende problemen, namelijk klimaatopwarming en bodemverzuring met verlies aan biodiversiteit, zijn de effecten van ESW nauwelijks onderzocht in een context van ecosysteemherstel. Er is een gebrek aan empirische langetermijndata, wat heeft geleid tot een optimistische blik waarbij potentieel nadelige effecten genegeerd worden. Echter, we weten niet hoe ESW de samenstelling van plant- en microbiële gemeenschappen beïnvloedt, of hoe ESW interageert met organisch materiaal (OM) in de bodem. Verder is niet bekend hoe interacties tussen OM, ESW en biota de koolstofbalans van een ecosysteem beïnvloeden. In dit project vul ik deze kennislacunes op met behulp van drie complementaire benaderingen: (i) een data-synthese van bestaande langetermijnproeven, (ii) een veldexperiment, en (iii) een kolomexperiment.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Findeisen Sophia

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In het huidige klimaatveranderingsscenario is het ontsluiten van het koolstof(C)-vastleggingspotentieel van bodems geïdentificeerd als een belangrijke mitigatiestrategie. In deze context vormen graslanden een groot reservoir van bodem-C, met een opslagcapaciteit van ongeveer een derde van de wereldwijde terrestrische C-voorraden, waarbij de ondergrondse allocatie van de netto primaire productiviteit waarden tot 60% kan bereiken. Verschillende beheersschema's kunnen echter leiden tot een gevarieerde toewijzing en benutting van hulpbronnen. Met name graslanden die verrijkt zijn met soorten blijken meer organische C (SOC) in de bodem op te slaan dan hun meer gedepauperde tegenhangers. Toch blijft de vraag open hoe het volledige verband tussen plantendiversiteit, worteleigenschappen en microbiële gemeenschappen de vastlegging van C in de bodem onderbouwt. De controverse komt voornamelijk voort uit de alternatieve visies van planten- en bodemwetenschappers, die zich respectievelijk richten op chemische eigenschappen van de wortels en chemische veranderingen in de organische stof in de bodem. IRHIS zal, voortbouwend op resultaten van een biodiversiteit-ecosysteem functie-experiment (LegacyNet), deze twee kaders met elkaar verzoenen door gebruik te maken van een trait-gebaseerde benadering die zowel biotische, fysiologische, chemische en morfologische eigenschappen van wortels als organische materie in de bodem omvat. Ons algemene doel is om meer inzicht te krijgen in de effecten van ingezaaide voedergewasdiversiteit op opbrengst en bodem- en worteleigenschappen, en hoe beide ecosysteemcompartimenten (boven- en ondergrond) interageren in een voedergewassysteem onder mediterrane omstandigheden. De algemene hypothese is dat de ingezaaide diversiteit de kwantiteit en kwaliteit van de inputs naar het ondergrondse compartiment (wortelbiomassa, exudaten) verandert, wat op zijn beurt resulteert in een actievere/efficiëntere en meer overvloedige microbiële gemeenschap, waardoor ook de microbiële necromassa en geassocieerde bijproducten worden gestuurd. Uiteindelijk zou dit kunnen resulteren in een hoge C-accumulatie en, aannemelijk, daarmee gepaard gaande productiviteitswinst.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Llovet Martin Alba

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Biodiversiteit ligt aan de basis van functionaliteit en stabiliteit van ecosystemen. Met name bodemdiversiteit en complexiteit van de gemeenschappen (de aanwezigheid van functioneel diverse organismen) zijn van doorslaggevend belang voor de instandhouding van talrijke ecosysteemprocessen zoals de productiviteit van planten en de nutriëntencyclus. Door de enorme diversiteit van de bodem, de moeilijkheid om ze te manipuleren, en de ontoereikendheid van ecologische concepten wanneer ze op de bodem worden toegepast, begrijpen we het verband tussen bodembiodiversiteit, het functioneren van ecosystemen en milieudruk in verschillende bodemtypes nog niet volledig. Dit project zal een reeks microkosmos-experimenten uitvoeren die contrasterende Europese graslanden simuleren, waarbij de biotische complexiteit wordt gemanipuleerd om: 1) het effect op plantendiversiteit, productiviteit, en de nutriëntencyclus in verschillende graslandbodems en hun stabiliteit onder verschillende milieudruk te onderzoeken; en 2) te weten te komen welke belangrijke bodemtaxa en de interacties die ze vormen universeel verantwoordelijk zijn voor verhoogde ecosysteemstabiliteit. De bevindingen zullen niet alleen onze kennis vergroten van het belang van bodembiodiversiteit voor het functioneren en de stabiliteit van graslanden bij verstoring, maar ook de biotische netwerkeigenschappen en de taxa afbakenen die aan de basis sttaan van deze processen, en de focus zouden moeten zijn van beschermingsinspanningen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Radujkovic Dajana

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoek, onderwijs en projectacquisitie op het gebied van microbiële ecologie. Meer specifiek zijn de werkzaamheden gericht op bestaande microben in de bodem, zoals bacteriën, archaea, schimmels en protisten. Specifieke onderwerpen zijn hoe zij onderling, met planten en met diverse ecosysteemprocessen zoals primaire productiviteit en broeikasgasstromen interageren. Voorbeelden zijn interacties tussen planten en mycorrhizaschimmels en verschillende voedingsstoffen met microben die verantwoordelijk zijn voor de productie en het verbruik van broeikasgassen. Een centrale vraag is met name hoe wij de bodem weerbaarder kunnen maken tegen diverse antropogene invloeden zoals habitatvernietiging en klimaatverandering, en kunnen helpen bij het verminderen van deze urgente problemen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

PRINCESS zal het potentieel onderzoeken van alternatieve vormen van landgebruik op opnieuw bevochtigde veengebieden om de grote milieu-uitdagingen van Europa aan te pakken: broeikasgasemissies, stikstofverontreiniging en biodiversiteitsverlies. Alle relevante EU-beleidsdoelstellingen omvatten het opnieuw bevochtigen van drooggelegde veengebieden als een essentiële op ecosystemen gebaseerde oplossing. Tot op heden zijn duidelijke synergieën en wisselwerkingen, zowel binnen (b.v. tussen kooldioxide- en methaanemissies) als tussen de beleidsdoelstellingen (b.v. tussen emissies, biodiversiteit en economisch rendement), nog niet gekwantificeerd. Dergelijke kwantificering is cruciaal voor het optimaliseren van alternatieve landgebruiksopties voor opnieuw bevochtigde veengebieden, d.w.z. paludicultuur met hoge intensiteit, paludicultuur met lage intensiteit, en wildernis. PRINCESS zal - de synergieën en wisselwerkingen evalueren tussen (1) herstel van biodiversiteit en gezonde ecosystemen, (2) de opwarming van de aarde onder 2°C houden, (3) schoon water en (4) een redelijk inkomen voor boeren - na te gaan in hoeverre de atmosferische N-belasting richting kan geven aan de besluitvorming over welke landgebruiksoptie - onder gegeven omstandigheden - optimaal bijdraagt tot de beleidsdoelstellingen - omslagpunten te identificeren waar omschakeling van de ene landgebruikoptie naar de andere de beleidsdoelstellingen zou maximaliseren. Om deze doelstellingen te bereiken, zal PRINCESS - gericht zijn op de veengebieden die de grootste bronnen van broeikasgassen zijn en het meest worden beïnvloed door de stikstofbelasting, d.w.z. gematigde vennen. De resultaten zijn echter relevant voor alle gedraineerde en nog te draineren veengebieden in de gematigde en boreale zones. - complementaire vaardigheden samen te brengen uit zes veengebiedenrijke landen, waaronder die met weinig (FI, NO, PL) en veel veenafbraak en N-belasting (AT, BE, DE), waarbij de laatste ook vooroplopen wat betreft herbevochtiging en paludicultuur - cruciale processen te analyseren onder zeer gecontroleerde omstandigheden in het laboratorium en in mesocosms, deze te testen onder deze te testen onder meer realistische omstandigheden in het veld, en ze te modelleren en op te schalen naar stroomgebied- en EU-schaal - deze verschillende onderzoeksschalen te gebruiken om de interne (degelijke interpretatie van causale effecten) en externe (hun relevantie) validiteit te maximaliseren - de meest geavanceerde technieken en methoden toe te passen uit de biogeochemie, microbiële ecologie, plantenecologie, sociaaleconomische modellering op en over schalen, met gebruikmaking van meetbare en kwantificeerbare indicatoren. PRINCESS is georganiseerd in zeven werkpakketten (WP), één voor coördinatie en outreach, en vijf om elk van de relevante schalen te dekken. Elk WP behandelt alle drie landgebruikopties, maar heeft een verschillende focus binnen of tussen de indicatoren. PRINCESS zal essentiële wetenschappelijke informatie opleveren voor het beleid inzake het gebruik van landbouwgrond voor veengebieden in de EU door te evalueren welke landgebruiksoptie na herbevochtiging - bij hoge stikstofbelastingen - het best beantwoordt aan belangrijke beleidsdoelstellingen zoals gezonde ecosystemen, beperking van en aanpassing aan klimaatverandering, schoon water, billijke inkomens voor landbouwers, of, alles tezamen, een groener en duurzamer Europa.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microorganismen worden al sinds de vroegste tijden gebruikt voor brood bakken, bier brouwen, wijn maken en voedselconservering. De enorme biochemische en fysiologische verscheidenheid van microorganismen wordt vandaag steeds meer benut om chemicaliën en nanomaterialen te produceren, en ook voor de ontwikkeling van nieuwe bio-electrische systemen en nieuwe methoden voor afvalwaterzuivering. Bovendien is het duidelijk dat mensen, dieren en planten sterk beïnvloed worden door hun microbioom, wat heeft geleid tot nieuwe medische behandelingen en landbouwkundige toepassingen. Recente vooruitgang in de moleculaire biologie en genetische manipulatie bieden ongekende mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe microbiologie-gebaseerde technologieën. Net zoals de natuurkunde en techniek het leven in de 20e eeuw hebben getransformeerd, zo kan de snelle ontwikkeling van (micro)biologie de wereld in de komende decennia veranderen. Het Excellentie Centrum "Microbiële Systeem Technologie" (MST) zal de expertise in microbiële ecologie en technologie aan de UAntwerpen bundelen en consolideren. MST zal de meest recente technologieën en interdisciplinaire systeembiologie benaderingen toepassen om microorganismen en hun omgeving beter te leren kennen en zo de ontwikkeling van nieuwe technologieën en toepassingen te bevorderen. MST verbindt recent ontwikkelde onderzoekslijnen binnen UAntwerpen in de onderzoeksgebieden microbiële ecologie, medische microbiële ecologie, plantenfysiologie, biomaterialen en nanotechnologie met essentiële expertise in nieuwe sequencing-technieken en bioinformatica. Door de krachten te bundelen kunnen nieuwe en interessante ontwikkelingen sneller worden geïntegreerd in het onderzoek, wat zal leiden tot een stimulering van de ontwikkeling van nieuwe microbiële producten en processen, zoals functionele voeding, diervoeder en meststoffen, probiotica, en nieuwe biosensoren en bio-electronica toepassingen. Hierdoor kan MST een belangrijke bijdrage leveren aan een duurzame verbetering van humane gezondheid en van de leefomgeving.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meysman Filip
• Co-promotor: Beemster Gerrit
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Lebeer Sarah
• Co-promotor: Verbruggen Erik
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Geobiologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Biodiversiteit ligt aan de basis van functionaliteit en stabiliteit van ecosystemen. Met name bodemdiversiteit en complexiteit van de gemeenschappen (de aanwezigheid van functioneel diverse organismen) zijn van doorslaggevend belang voor de instandhouding van talrijke ecosysteemprocessen zoals de productiviteit van planten en de nutriëntencyclus. Door de enorme diversiteit van de bodem, de moeilijkheid om ze te manipuleren, en de ontoereikendheid van ecologische concepten wanneer ze op de bodem worden toegepast, begrijpen we het verband tussen bodembiodiversiteit, het functioneren van ecosystemen en milieudruk in verschillende bodemtypes nog niet volledig. Dit project zal een reeks microkosmos-experimenten uitvoeren die contrasterende Europese graslanden simuleren, waarbij de biotische complexiteit wordt gemanipuleerd om: 1) het effect op plantendiversiteit, productiviteit, en de nutriëntencyclus in verschillende graslandbodems en hun stabiliteit onder verschillende milieudruk te onderzoeken; en 2) te weten te komen welke belangrijke bodemtaxa en de interacties die ze vormen universeel verantwoordelijk zijn voor verhoogde ecosysteemstabiliteit. De bevindingen zullen niet alleen onze kennis vergroten van het belang van bodembiodiversiteit voor het functioneren en de stabiliteit van graslanden bij verstoring, maar ook de biotische netwerkeigenschappen en de taxa afbakenen die aan de basis sttaan van deze processen, en de focus zouden moeten zijn van beschermingsinspanningen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Le Noir de Carlan Coline

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De antropogene toename van de uitstoot van broeikasgassen (BKG) in de atmosfeer bevordert en versnelt de opwarming van het klimaat. Aan antropogene activiteiten die bijdragen aan uitstoot van broeikasgassen, dragen landbouwgronden ~12% bij wereldwijd. De hoge hoeveelheden stikstof (N) toegepast als meststof bevorderen de N-cyclus in de bodem en de N2O-emissies (die >60% van de wereldwijde N2O-emissies vertegenwoordigen), en de aerobe bodemrespiratie (~20% van de wereldwijde CO2-emissies). Akkerbouwgrond beslaat ~11% van het landoppervlak, en daarmee kunnen aanpassingen aan traditionele landbouwpraktijken een kwantitatieve bijdrage leveren aan het verminderen van broeikasgasuitstoot zonder de voedselzekerheid en bodemkwaliteit in het gedrang te brengen. In recente studies zijn bijvoorbeeld landbouwpraktijken voorgesteld (biochar- of silicaat toevoegingen) die organische C-vastlegging in de bodem verhogen en volledige denitrificatie bevorderen met behoud van gewasproductiveit. Toch zijn er nog veel onzekerheden over de omvang en de variabiliteit van de uitstoot wanneer men deze praktijken toepast, waardoor tegenstrijdige resultaten worden bereikt wat betreft de potentiële rol van landbouwgronden als "source" of "sink" van C en N in de atmosfeer. Bovendien is er weinig bekend over hoe deze praktijken de microbiële gemeenschap in de bodem beïnvloeden, welke die verantwoordelijk is voor de vorming van broeikasgassen. Het belangrijkste doel van "Naar een minimalisering van de uitstoot van broeikasgassen in de landbouw met vergelijkbare gewasopbrengst" (Acroniem MAGIC) is om te zoeken naar de praktijk waar de uitstoot van broeikasgassen het laagste opwarmingspotentieel heeft, zonder dat dit ten koste gaat van de opbrengst van de gewassen. Bovendien wil MAGIC gebruik maken van betonafval, een kunstmatig silicaat, om zo het hergebruik van materialen en de kringloopeconomie verbeteren. Om dit doel te bereiken, zal een mesocosmos-veldexperiment voor gewassen opgezet worden waarbij verschillende behandelingen worden toegepast. De reacties op de uitstoot van broeikasgassen, de transformatie van N in de bodem en de microbiële gemeenschappen in de bodem zullen gedurende een jaar worden opgevolgd. In het algemeen zal dit project waardevolle wetenschappelijke resultaten opleveren die van belang zullen zijn voor nationale, Europese, en mondiale strategische acties op het gebied van landbouwecosystemen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Poblador Ibanez Silvia

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De uitdagingen op het gebied van voedselzekerheid betekenen dat we de wereldwijde productie van gewassen moeten verhogen om de groeiende wereldbevolking te kunnen voeden, onder omstandigheden van wereldwijde veranderingen. Het focussen op ondergrondse planteneigenschappen, en vooral wortelexudatie, is in dit opzicht veelbelovend. Exudatie is het vrijkomen van een groot aantal verbindingen in de bodem, en wortelexudaten zijn betrokken bij een breed scala aan biotische en abiotische interacties. Dit project heeft tot doel ons begrip van het belang van wortelprocessen, met name exudatie, uit te breiden door middel van een focus op wilde verwanten van moderne gewassen. Wilde verwanten vormen een grote potentiële bron van informatie en genetisch materiaal en zijn reeds geïdentificeerd als zijnde met wenselijke eigenschappen. Uit recent werk is gebleken dat er verschillen bestaan tussen worteluitlopers van wilde en gecultiveerde gewasvarieteiten. De algemene doelstelling is het bestuderen van de verschillen tussen gewassen en hun wilde verwanten in termen van wortelexudatie en de rhizosfeer microbiële gemeenschap. Dit zal ons in staat stellen om ondergrondse planteneigenschappen te identificeren die de hoeveelheid en de stabiliteit van het gewas kunnen verbeteren en de impact van de landbouw op de microbiële diversiteit van de bodem te kwantificeren. Mijn specifieke doelstellingen zijn: 1) Nagaan of er consistente verschillen zijn tussen de hoeveelheid en de samenstelling van het wortelexudaat in gewassen en wilde verwanten en hoe dit verband houdt met de fylogenie van plantensoorten; 2) de interactie tussen domesticatie en droogte op de wortelexudatie begrijpen; 3) begrijpen hoe de microbiële diversiteit in de rizosfeer verschilt tussen gewassen en hun wilde verwanten en tussen agrarische en niet-agrarische bodems. De resultaten zullen gevolgen hebben voor plantenveredelaars, boeren en beleidsmakers.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Preece Catherine

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De centrale vraagstelling in dit onderzoek is of de ontwikkeling van de microbiële gemeenschap in soortenarme graslanden in natuurreservaat "de Liereman" gestuurd kan worden door het inbrengen van plagsel dat verzameld is in soortenrijke en goed-ontwikkelde referentiegraslanden ("bodeminoculatie"). We maken hierbij gebruik van state-of-the-art moleculaire technieken zoals metabarcoding en qPCR.

Onderzoeker(s)

• Promotor: van Diggelen Ruurd
• Co-promotor: Emsens Willem-Jan
• Co-promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De klimaatverandering zal de Arctische ecosystemen meer dan enig ander ecosysteem in de wereld treffen, met een verwachte temperatuurstijging tot 4-6°C. Dit vormt een bedreiging voor de integriteit en de biodiversiteit van de ecosystemen, maar de grotere terugkoppelingsmechanismen van de ecosystemen die door deze verandering worden veroorzaakt zijn nog zorgwekkender. Gedurende miljoenen jaren is de atmosferische koolstof opgeslagen in de bodem van het Noordpoolgebied. Bij opwarming kan de koolstof snel ontsnappen uit de bodem in de vorm van CO2 en (nog erger) het sterke broeikasgas CH4. Ondanks tientallen jaren onderzoek hebben wetenschappers nog steeds moeite om de omvang van deze koolstofuitwisseling te onthullen, en vooral de interactie met de klimaatverandering. Een overkoepelende vraag blijft: hoeveel koolstof zal in de toekomst kunnen vrijkomen in het Noordpoolgebied en welke invloed dit zal hebben op de klimaatverandering? FutureArctic neemt deze onderzoeksuitdaging rechtstreeks op in een intersectoraal opleidingsinitiatief voor beginnende onderzoekers, dat tot doel heeft "ecosystem-of-things"-wetenschappers en -ingenieurs te vormen. De FORHOT-locatie in IJsland biedt een geothermisch gecontroleerde bodemtemperatuurverwarmingsgradiënt om te bestuderen hoe de processen van het Arctische ecosysteem worden beïnvloed door temperatuurstijgingen zoals verwacht door de klimaatverandering. FutureArctic heeft tot doel de weg te effenen voor veralgemeende permanent gekoppelde data-acquisitiesystemen voor belangrijke milieuvariabelen en -processen. We zullen een nieuwe machine-learningmethode starten om grote stromen van high-throughput in het milieu te analyseren, door de installatie van een pionier "ecosystem-of-things" op de ForHot-locatie. FutureArctic zal dus, voortbouwend op een tijdig project in het ForHot-gebied, een belangrijke evolutie kanaliseren naar machineondersteund fundamenteel milieuonderzoek. Dit wordt bereikt door de specifieke opleiding van onderzoekers met profielen op het intersectorale vlak van informatica, kunstmatige intelligentie, milieuwetenschap (zowel experimenteel als modellering), scoiale wetenschappen en sensor engineering en communicatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Janssens Ivan
• Co-promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Recent onderzoek naar klimaatverandering legt een nieuwe en significante trend bloot: weerpatronen op gematigde breedtegraden, zoals in West-Europa, worden persistenter. Wat betreft regenval betekent dit langere droogtes, maar ook langere periodes met veel regen. Tot hiertoe ontbreken studies over de ecologische gevolgen van zulke shifts in het neerslagregime. Kunnen ecosystemen zich aanpassen, of zal de opeenvolging van droogtestress en watersaturatie hen uitputten? Ontstaan er gemeenschappen met nieuwe, aangepaste combinaties van soortkenmerken en een meer volatiele soortendynamiek als gevolg van de afwisselende stressfactoren? En zijn zulke nieuwe systemen robuust aan verdere milieuveranderingen? Deze studie onderzoekt de mogelijke impact van de huidige shift in de opeenvolging van droge en natte periodes op uiteenlopende, onderling verbonden niveaus van biologische organisatie. Daarvoor wordt een nieuw experimenteel platform aan de Universiteit Antwerpen gebruikt, ontworpen in het kader van de Europese infrastructuur voor ecosysteem-onderzoek 'AnaEE'. In deze set-up simuleren we, in de open lucht, veranderingen in regenval en geassocieerde temperatuurswijzigingen met behulp van een gradiënt-design dat acht verschillende neerslagregimes omvat, waardoor we niet-lineaire responsen en plotse omslagpunten in ecosysteemtoestand heel precies kunnen detecteren. Het project omspant een breed bereik, van planten tot bodemorganismen zoals bacteriën en schimmels, en van cellulair metabolisme en genetische regulatie bestudeerd m.b.v. bio-informatica tot de studie van ecosysteemprocessen. Deze benadering onderschrijft expliciet de connecties binnen ecosystemen, en het belang van moleculaire en cellulaire kennis om grootschalige systeem-effecten op gebied van biologische productiviteit, broeikasgasfluxen en biodiversiteit mechanistisch te kunnen verklaren. Drie omvangrijke experimenten worden gepland: (i) in jaar 1 wisselen we droge en natte fases met elkaar af, met een duur variërend van 1 tot 60 dagen, gedurende een volledig groeiseizoen; (ii) in jaar 2 focussen we op naijleffecten en het belang van veranderingen in de bodemgemeenschap; (iii) in jaar 3 koppelen we neerslagregimes aan overeenkomstige temperatuurregimes om de impact van opwarming die doorgaans gepaard gaat met droogte (een belangrijke natuurlijke feedback die de stress op planten verhoogt) te onderzoeken. Een serie van onderling verbonden, hypothese-gedreven metingen wordt uitgevoerd, en de bekomen gegevens worden geïntegreerd met twee technieken: 'structural equation modelling' (padanalyse) en ecosysteemmodellering. Het projectteam heeft succesvol samengewerkt in het verleden. De complementaire expertise die wordt samengebracht zal niet enkel leiden tot een beter begrip van sleutelprocessen, maar opent ook de deur naar manieren om de impact van klimaatverandering op ecosystemen te matigen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Nijs Ivan
• Co-promotor: Asard Han
• Co-promotor: Beemster Gerrit
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tropische regenwouden zijn de meest diverse en productieve ecosystemen op aarde. Deze systeem zijn goed voor tweederde van de wereldwijde veelheid aan planten, en worden vaak als hyperdivers in termen van boomsoorten rijkdom genoemd. Mycorrhizaschimmels fungeren als een belangrijk bron van voedingsstoffen en kunnen de concurrentie tussen de bomen beïnvloeden door ondergronds verbindingen aan te gaan. Deze plant-schimmel interactie is een van de meest voorkomende samenwerkingen op aarde en is nauw verbonden met voedinglimitiatie en diversiteit van planten. In dit project zullen we in de bossen in Frans-Guyana het effect testen van naburige bomen op zaailingen doordat ze "vrienden" en "vijanden" delen. Terwijl bekend is dat planten kunnen aansluiten op een "gemeenschappelijke mycorrhiza netwerk", is het nog niet zeker of dit in het veld vaak voorkomt, en of dit van invloed is op zaailing succes door veranderde toegang tot voedingsmiddelen of verminderde kwetsbaarheid voor vijanden. Bovendien is de vraag of dit soortafhankelijk is, wat in dat geval van invloed kan zijn op de soortensamenstelling door het bepalen van zaailing succes. Dit experiment zal veel bijdragen aan ons begrip van het belang van schimmels voor zaailingsucces en biodiversiteit in het regenwoud.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ondergrondse biodiversiteit wordt gevormd door schimmels, bacteriën, archaea, dieren en planten die samen het bodemfunctioneren beïnvloeden, met name door beheersing van productiesnelheden en afbraak van organisch materiaal. Veengronden, de meest geconcentreerde opslagplaatsen voor bodemkoolstof, worden gevormd door een netto overschrijding van de productie op lange termijn ten opzichte van de ontbinding. Het REPEAT-project richt zich op de mechanismen die bijdragen aan de veenvorming in moerasveengebieden om het herstelperspectief van deze bedreigde ecosystemen te verbeteren, die vitale ecosysteemdiensten leveren voor het mitigeren van klimaatverandering, regionale hydrologie, nutriëntenretentie en behoud van biodiversiteit (Bonn et al. 2016). In Europa zijn de meeste veengebieden ernstig aangetast door landgebruik. Drainage heeft de veengronden van koolstofputten veranderd in belangrijke bronnen van broeikasgassen (GHG) en heeft van Midden-Europa - na Indonesië - de op een na grootste hotspot van turf-uitstoot van broeikasgassen wereldwijd gemaakt (Joosten 2009). Veenvorming is een voorwaarde om de vitale ecosysteemdiensten van het fen ecosysteem opnieuw te installeren. Herstel van hoge grondwaterstanden alleen is echter vaak niet voldoende om turfvorming te herstellen (Grootjans et al. 2012). Ondanks decennia van proeven, blijven processen die turfaccumulatie beheersen (inclusief hun tarieven, routes en chauffeurs) onbekend. Eerder onderzoek naar veenkoolstofklimaat heeft zich bijna uitsluitend gericht op regenwater gevoede moerassen met omhoog groeiend veenmos (sphagnum) als de heersende veenvorming. Daarentegen groeien wortels en wortelstokken van grassen en grassen met grondwater in de oudere turfmatrix en vormen zo 'verplaatsingsveen'. Daarom zijn veenvormingsmodellen die zijn ontwikkeld voor moerassen (Clymo et al. 1998, Frolking et al. 2001) niet volledig van toepassing op fens. REPEAT heeft tot doel de mechanismen van veenvorming in vennen te verduidelijken door biogeochemische processen te koppelen aan bodemgemeenschapsstructuur en biodiversiteit, en om ondergrondse strooiselkwaliteit te planten, met speciale aandacht voor de vooruitzichten op herstel van veenvormingsmechanismen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: van Diggelen Ruurd
• Co-promotor: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tropische regenwouden zijn de meeste diverse en productieve ecosystemen op Aarde. Deze ecosystemen zijn verantwoordelijk voor twee-derde van de wereldwijde biodiversiteit, en worden vaak aangeduid als "hyperdivers" wat betreft planten soortenrijkdom. In de meeste gevallen leidt een aselecte greep uit 300 planten individuen tot een aantal van meer dan 100 soorten. Ons begrip van de ecologische processen die verantwoordelijk zijn voor deze diversiteit zijn van groot belang om het effect van klimaatveranderingen, zoals droogte en veranderingen in voedingsstoffenbeschikbaarheid, op deze wouden te voorspellen. Mycorrhizaschimmels zijn een belangrijke geleider van koolstof naar de bodem, en beinvloeden competitie tussen bomen door een ondergrondse verbinding te vormen. Deze plant-schimmel interactie is een van de meest voorkomende symbioses op aarde en is in sterke mate verbonden met bodem voedingsstoflimitatie. Aangezien deze limitaties veranderen onder invloed van menselijk handelen, zou de interactie tussen bomen onderling daarmee kunnen veranderen. Bossen in Frans Guiana zijn uniek in dat ze relatief oorspronkelijk alsook intensief bestudeerd zijn in vergelijking met andere tropische regenwouden. In dit project zal een aantal methoden gebruikt worden om beter te begrijpen hoe droogte en nutrienten (fosfaat en stikstof) wortel-kolonizerende microben zoals mycorrhiza-schimmels, pathogenen en bacterien beinvloeden. Dit wordt gedaan door middel van een kleinschalige proef waar droogte en nutrienten factorieel gemanipuleerd worden, alsmede gedurende een grotere bemestingsproef. Daarnaast zal het effect van naburige zaailing individuen op microbiele gemeenschappen getest worden in zaailingen gemeenschappen die al meer dan 10 jaar gevolgd worden, wat ons in staat stelt een relatie te testen tussen zaailingeninteracties door middel van hun microbiele gemeenschappen. Er zal ook een experiment uitgevoerd worden waar door middel van experimentele manipulatie de mycorrhiza-verbinding tussen planten permanent verbroken wordt om te testen wat het effect hiervan is van volwassen planten op jonge planten en of dit verschilt tussen soorten. Samen zullen deze experimenten een grote vooruitgang betekenen in ons begrip van het belang van de mycorrhizasymbiose, en plant-bodem microbiele interacties in het algemeen, op zaailingensucces. Deze wetenschap zal ons in staat stellen een betere voorspelling the kunnen maken van de interactie tussen bodemvruchtbaarheid, plant-schimmel interacties, en hoe ze samen een effect kunnen hebben op plantendiversiteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Ramirez Rojas Irene

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De tegoeden uit deze opstart-financiering zullen toegewend worden om diverse onderzoeksprojecten te ondersteunen. Te weten: onderzoek naar het effect van mycorrhiza-schimmels op C cyclering, het effect van mycorrhiza's op plant-plant interacties, en het onderzoeken van de impact van zowel droogte als mycorrhiza-schimmels op de gemeenschapsstructuur van bodemvoedselwebben.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Erik
• Mandaathouder: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tropische regenwouden herbergen een wonderbare diversiteit aan leven en produceren een enorme hoeveelheid biomassa. Deze systemen zijn verantwoordelijk voor eenderde van de totale koolstofvastlegging op het land, en men kan er tweederde van alle plantensoorten vinden. Het beter begrijpen van de ecologische processen achter deze vitale eigenschappen is cruciaal om adequaat de uitdagingen van klimaatverandering en het verlies van biodiversiteit aan te pakken. Mycorrhizaschimmels zijn een belangrijke geleider van koolstof naar de bodem toe, en door bomen ondergronds met elkaar te verbinden kunnen zij interacties tussen bomen onderling beïnvloeden. Deze plan-schimmel interaction is een van de meest voorkomende symbioses op aarde en is nauw gerelateerd aan nutrïenten limitatie van planten. Op dit moment worden bomen meer en meer verrijkt met CO2 en stikstof, wat zou kunnen leiden tot veranderde nutrïentenlimitaties en op die manier de interacties tussen bomen en mycorrhiza's kunnen beïnvloeden in tot nog toe onbekende manieren. Het tropisch regenwoud in Frans Guyana wordt gekenmerkt door sterke fosfaatlimitatie, en de mate waarin varieert van plek tot plek. Dit is al reeds bekend van eerdere uitgebreide bodem- en vegetatieopnames ter plekke. Dit geeft ons de unieke kans om de mate waarin beschikbaarheid van voedingsstoffen bepalend is voor mycorrhiza's en bodemkoolstof niveaus te onderzoeken. Dat zal ik doen door middel van het meten van mycorrhiza-hoeveelheden in de bodem met behulp van biomerkers (membraan vetzuren), tezamen met het sequensen van DNA om de schimmelgemeenschappen te karakteriseren. Ook zal ik veldexperimenten uitvoeren waar ik de hoeveelheid mycorrhiza en voedingsstoffen beschikbaarheid manipuleer en kijk wat de invloed is op plantenafbraak en interacties tussen planten, wat een grote invloed op plantendiversiteit zou kunnen hebben. Samen zullen deze experimenten en veldopnames een grote verbetering vormen wat betreft ons begrip van hoe deze plant-schimmel symbiose koostofopslag in de bodem en plantendiversiteit beïnvloedt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Janssens Ivan
• Mandaathouder: Verbruggen Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject