Promotieonderzoek: radarsatellieten kunnen watertekort bomen goed meten

Het is goed mogelijk om met radartechnologie vanuit de ruimte te meten hoe ‘dorstig’ bomen en gewassen zijn. Dat is belangrijk om de samenhang tussen ecosystemen, watercyclus en koolstofcyclus beter te begrijpen. In theorie kunnen we hiermee op wereldwijde schaal gewassen monitoren en in kaart brengen wanneer het nodig is om in te grijpen. Tim van Emmerik promoveerde onlangs op dit onderwerp aan de TU Delft.  

Dorst

Van Emmerik onderzocht neerslag, verdamping en manieren om de dorst van planten te meten. De focus lag daarbij vooral op tropische regenwouden. Die spelen namelijk een essentiële rol in de water-, zuurstof- en koolstofcyclus op aarde. ‘Als het Amazoneregenwoud steeds droger wordt’, verklaart van Emmerik in een persbericht, ‘of door ontbossing steeds maar kleiner, zal dat de watercyclus en de koolstofcyclus beïnvloeden. Dat kan bijdragen aan klimaatverandering op aarde.’

Slangen

Een praktisch struikelblok waar hij in het onderzoek tegenaan liep, was dat meetinstrumenten duur zijn of bomen kunnen beschadigen. Ook zijn ze niet bestand tegen de extreme omstandigheden van een regenwoud. ‘Zodra je kastjes met apparatuur in een oerwoud hangt, gaan slangen, spinnen en andere beesten er in wonen. Meetcampagnes vanuit de lucht met satellieten of radar zijn wél een goede meetoptie. Maar je weet pas echt of je metingen kloppen, als je ook op de grond kunt checken wat er precies gebeurt.’ 

Sensoren

UIteidnelijk kwam Van Emmerik uit bij sensoren, die door de snelle opkomst van de smartphone-industrie veel goedkoper en robuuster zijn geworden. Met collega Rolf Hut bedacht de onderzoeker dat versnellingsmeters zijn te gebruiken als betaalbaar alternatief om langere tijd boombewegingen te kunnen meten. Door de versnellingen van een boom te koppelen aan andere meteorologische en hydrologische data, kon hij de boombewegingen relateren aan externe belastingen (zoals wind, verdamping en regenval) en deze onderscheiden van de fysieke eigenschappen van de boom zelf (zoals elasticiteit, massa en watergehalte).

Tomaten

Van Emmerik heeft dit allemaal stapsgewijs onderzocht bij tomatenplanten, in maïsvelden en in Brazilië. Om het effect van waterstress in tropische regenwouden te onderzoeken, zijn er versnellingsmeters geïnstalleerd op 19 bomen in de Braziliaanse Amazone om hun beweging te meten. Daar deed hij vier jaar lang metingen. De manier waarop bomen bewegen hangt af van verschillende eigenschappen. Van Emmerik  laat zien dat de beweging gevoelig is voor boommassa, de hoeveelheid water die op het bladerdek blijft liggen en de mate van interactie tussen de boom en de atmosfeer. Er bleek in de data ook een duidelijk verschil te zien tussen het natte en het droge seizoen. 

Gevoelig

De veronderstelling is dat deze verandering het resultaat is van veranderingen in boommassa, veroorzaakt door veranderingen in watergehalte, of het uitvallen van bladeren als reactie op toenemend watertekort. ‘Ik heb velddata van watertekorten in bomen in combinatie met radarobservaties gebruikt om te laten zien dat radarweerkaatsing zeer gevoelig is voor toenemende waterstress. Tijdens de overgang van het natte naar het droge seizoen is een duidelijke daling gevonden in radarweerkaatsing, wat verklaart kan worden door de snelle toename in gemeten watertekort in de bomen.’

Waarneembare verschillen

‘Al jaren wordt er gediscussieerd over de gevoeligheid van radarweerkaatsing voor waterstress in vegetatie. Helaas is er tot dusver altijd een tekort aan observaties geweest om dit te testen. Ik heb aangetoond dat watertekort in vegetatie leidt tot significante veranderingen in watergehalte en de geleidingseigenschappen van planten, wat vervolgens leidt tot waarneembare verschillen in radarweerkaatsing.’

Door: Kelly Bakker 

Bron: TU Delft