ngc ml uitwerkingen van het bos als systeem. · ©a.havermans pagina 1 van 20 uitwerkingen...
TRANSCRIPT
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 1 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Uitwerkingen van het bos als systeem.
14 december 2016
Inhoud 1. Inleiding. .....................................................................................................................................1
2. Het bos als systeem. ....................................................................................................................1
3. Het bos als systeem: relatiecirkels. ..............................................................................................3
4. Het bos als systeem: mindmaps. .................................................................................................4
5. Zicht krijgen op processen in het bos. ..........................................................................................6
6. Zicht krijgen op kringlopen in het bos. ....................................................................................... 10
7. Terugkoppelingen in het bos. .................................................................................................... 16
8. Causale lussen voor complexere situaties. ................................................................................. 18
9. Archetypen. .............................................................................................................................. 19
1. Inleiding.
De uitwerkingen geven meer een denkrichting aan dan een exact antwoord. Dat betekent dat uw
uitwerking altijd anders zal zijn, dan wat hierna volgt. Ondergetekende is erg geïnteresseerd in uw
aan- of opmerkingen bij dit document. Aarzel niet ze te mailen naar [email protected].
2. Het bos als systeem.
A. Componenten. Deze kunnen worden opgesplitst in:
a. Abiotische componenten (de niet levende natuur): waterstromen, licht, warmte,
voedingsstoffen, bodem, CO2, O2, …..
b. Biotische componenten (de levende natuur): bomen, struiken, kruiden, vogels,
insecten, …..
c. Antropogene componenten (de door de mens ingebrachte componenten):
bosaanplant, stikstofdepositie, paden, bruggetjes, …..
B. Componenten kunnen tastbaar en niet tastbaar zijn. De onderstreepte componenten onder
A zijn de niet tastbare.
C. Processen. Wanneer bezoekers in het bos een bepaalde route volgen dan zal de bodem daar
verdichten en krijgt vegetatie weinig kans. Omdat er weinig vegetatie is zullen bezoekers de
neiging hebben dat paadje te blijven volgen etc. Processen lopen af op verschillende
tijdschalen. Onderstaande vragen laten dat verschil ervaren:
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 2 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
a. Hoe lang zou het duren voordat vogels processierupsen leren eten?
b. Hoe lang heeft het geduurd voordat een invasieve vorm (bv. waterpest) weer tot een
bescheiden proportie gereduceerd is.
c. Hoe lang duurt het voordat zich nieuwe ziekten op invasieve vormen ontwikkelen?
d. Hoe lang duurt het vormen van een bodem onder een bos?
e. Hoe lang heeft het geduurd voordat het sediment waarin de bodem zich ontwikkelt,
is afgezet? Wanneer werd dat sediment afgezet?
f. Veel processen zijn door de mens beïnvloed. Denk aan grondwaterstandsverlaging,
eutrofiëring, versnippering, …..
D. Geef voorbeelden van componenten die met elkaar in wisselwerking staan. Het gebruik van
gifstoffen door planten om belagers af te weren is een fraai voorbeeld van wisselwerking in
evolutie (co-evolutie). Herbivoren eten bepaalde plantensoorten. Plantenindividuen binnen
een soort die het sterkste gif produceren om belagers te weren hebben een
concurrentievoordeel. De natuurlijke selectie zorgt ervoor dat deze meer resistentere
exemplaren gaan overheersen. Maar hetzelfde geldt voor de herbivore belagers. Die soorten
die zich het beste hebben gewapend tegen het plantengif hebben een concurrentievoordeel
op soorten/soortgenoten en die zullen gaan domineren. Daardoor “dwingen” zij de planten
met nog weer effectievere giffen op de proppen te komen.
Geef voorbeelden van componenten die van elkaar afhankelijk zijn. De lijsterbes die in het
bos spontaan is gaan groeien, kwam er terecht doordat een merel het lijsterbeszaadje daar
heeft uitgepoept. De lijsterbes is voor zijn verspreiding afhankelijk van merelmagen.
Geef voorbeelden van zowel wisselwerking als afhankelijkheid. Het vorige voorbeeld kan ook
wisselwerking impliceren. Doordat merels zaden van de lijsterbes verspreiden bevat het bos
straks voldoende lekkere bessen voor de merel om te kunnen overleven.
E. Het bos is een open systeem: geef voorbeelden van uitwisseling van materie en energie.
Materie: neerslag die als onderdeel van de kringloop van het water door het bosecosysteem
circuleert. Water dat in de bodem is gedrongen wordt via de wortels opgenomen en door de
huidmondjes als waterdamp weer aan de atmosfeer terug gegeven. Of ook stikstofdepositie
leidend tot verbraming van het bos; de introductie van exoten in een ecosysteem. Licht: als
energie bij de fotosynthese.
F. Systeem en subsysteem. Het bos vormt een onderdeel van het landschap waartoe de stad, de
akker en het weiland behoren. Het landschap is een systeem, de genoemde onderdelen zijn
subsystemen.
G. Geef enkele functies aan van het (sub)systeem bos. Hier kan worden gerefereerd aan
ecosysteemdiensten die bos vervult t.b.v. de menselijke samenleving (het sociaal-
economische systeem). Dan valt te denken aan:
Productiefunctie: hout (als grondstof, bouwmateriaal, brandstof), maar bijvoorbeeld ook
stoffen t.b.v. geneesmiddelen of parfums. En allerlei overige niet houtproducten als
bessen, noten, lianen etc. In het verleden werd bosstrooisel gebruikt in de potstal.
Regulatiefunctie: reguleren water, reguleren CO2, klimaatregulatie,… Het aanplanten van
meer bomen in de stad om straks extremere hitte te kunnen weerstaan.
Culturele functies: de recreatie-, de esthetische- en de educatieve functie van het bos.
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 3 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Ondersteunende diensten: kringloop van voedsel, primaire productiefunctie,
bodemvorming.
H. Subsystemen. Verschil met componenten? De opdeling van een systeem in subsystemen is
sterk afhankelijk van het schaalniveau dat wordt gehanteerd. Dat geldt ook voor het
onderscheid component / (sub)systeem. Een systeem bestaat uit componenten. Een
component wordt niet verder opgedeeld en bestaat dus op zich. Het is een black box. Bij
gedetailleerder onderzoek kan een component vervolgens worden opgedeeld in kleinere
samenhangende componenten. In dat geval was de component dus een systeem.
Afhankelijk van het gekozen schaalniveau kan het antwoord op deze vraag totaal anders zijn.
In het bos gelden de volgende subsystemen: atmosfeer, hydrosfeer, biosfeer, geosfeer
(waaronder de pedosfeer) en noösfeer (de sfeer van de menselijke geest). Biosfeer kan
worden opgedeeld in flora en fauna. Wederom een kwestie van schaalniveau.
3. Het bos als systeem: relatiecirkels.
Een mogelijke uitwerking van de opdracht relatiecirkel is:
Figuur 1 Uitwerking relatiecirkel.
Het verhaal bij de relatiecirkel. Toen na de introductie van kunstmest eind 19e eeuw de heide niet
langer nodig was t.b.v. de landbouw kreeg deze een andere productiefunctie en wel het leveren van
hout. Daartoe werd massaal naaldhout aangeplant. Gaandeweg echter wijzigt de visie op het gebruik
van bos. Houtproductie komt op het tweede plan, recreatie en natuurherstel krijgen meer prioriteit.
De monotone dennenakkers kunnen deze functies niet vervullen en daarom wordt begonnen met de
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 4 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
omzetting van naaldhoutbossen naar natuurlijker gemengd bos. De consequentie van de daardoor
verminderde houtproductie kan, omdat de houtbehoefte niet afneemt (ja zelfs nog toeneemt), zijn
dat meer hout moet worden geïmporteerd. Dat gaat ten koste van bossen elders op deze wereld.
Betreft dat kappen in tropische, primaire bossen dan kon dat de in Nederland geboekte
biodiversiteitswinst wel eens teniet doen.
4. Het bos als systeem: mindmaps.
De opdracht is uitgewerkt op 2 niveaus: de tweede uitwerking is een gedetailleerdere versie van de
eerste. Gekozen is het thema: de ontwikkeling van bos en landschap op de zandgronden in zuidoost
Nederland.
Figuur 2 Bos en landschap op zandgronden globaal
Van oorsprong kent zuidoost Nederland een landschap dat wordt gedomineerd door bos. De mens
gaat dat bos door zijn agrarische activiteiten beïnvloeden en vervangt het bos door een reeks nieuwe
landschapstypen. Deze heterogenisatie vergroot de biodiversiteit. Tot de komst van kunstmest rond
1890, maar met name na de Tweede Wereldoorlog en dan vooral door de introductie van de bio-
industrie wijzigt dat beeld drastisch. Door overbemesting neemt de biodiversiteit ingrijpend af. Het
landschap homogeniseert. Dat plaatje kan worden gedetailleerd door bijvoorbeeld aan te geven
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 5 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
welke ingrepen op welk moment plaatsvonden en door die ingrepen met bijbehorende resultaten uit
te werken. In onderstaande mindmap is dat gebeurd.
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 6 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Figuur 3 Bos en landschap op zandgronden meer gedetailleerd
Ook deze uitwerking kan weer verder worden gedetailleerd. Elk nieuw landschapstype heeft weer
zijn kenmerkende bodems: de haarpodzolen van de heide, de enkeerdgronden van de bolle akkers,
…. Het niveau van detaillering wordt bepaald door datgene wat men wil illustreren/uitleggen met
behulp van de mindmap.
5. Zicht krijgen op processen in het bos.
De processierups is een invasieve soort die profiteert van het warmer wordende klimaat. Vanuit het
zuiden rukt zij op naar het noorden. De natuurlijke vijanden van de rups doen dat in mindere mate,
waardoor de rups aanvankelijk een concurrentievoordeel verwerft. Een explosieve groei is dan ook te
verwachten. Een groei die enkel wordt afgeremd door de beschikbaarheid van voldoende
voedselbronnen. Daarom ook dat de aanvankelijke exponentiële groei op de duur zal afvlakken.
Tenzij de rups er natuurlijk in slaagt nieuwe voedselbronnen te exploiteren. Zo is de rups recentelijk
al gezien op Amerikaanse eik en Wilg. Dan ontstaat er een nieuwe groeifase. In onderstaande
gedragspatroongrafiek is deze ontwikkeling in beeld gebracht.
Figuur 4 Gedragspatroongrafiek Processierups en nieuwe voedselbron
De explosieve groei van de rups kan de mens controleren door bestrijding. Hoewel wordt beweerd
dat daarbij milieuvriendelijke bestrijding wordt gebruikt, betekent de inzet van gif toch vaak de dood
van koolmeesjongen die met rupsen worden gevoerd. Weliswaar voedt de koolmees zijn jongen niet
met processierupsen maar ook andere rupsen worden door het gif getroffen. Het gif is niet selectief.
Onderstaande gedragspatroongrafiek brengt dat in beeld. Omdat op een bepaald moment de
0
10
20
30
40
50
60
Verleden Nu Toekomst
Po
pu
lati
e o
mva
ng
in m
iljo
enen
Processierups, aanboren nieuwe voedselbron
Processierups
Met nieuwe voedselbron
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 7 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
bestrijding effectief zou kunnen zijn, loopt de bestrijdingsintensiteit terug en daarmee ook de
koolmeessterfte.
Figuur 5 Bestrijding processierups en neveneffecten
De komst van natuurlijke vijanden levert een grafiek op die veel lijkt op figuur 5. Deze komst leidt de
neergang in van de exponentiële groei van de rups. De groei van de natuurlijke vijand gaat stug door
ook nadat het aantal processierupsen al is afgenomen. De vijand anticipeert te laat op dit
vertragingseffect in het systeem en moet dat bekopen met een snelle neergang. Deze neergang van
de vijand gaat ook net weer iets te lang door en de processierups herstelt zich daardoor licht. Die
groei zal weer een toename van de natuurlijke vijand bewerkstelligen. Na wat heen- en
weerschommelingen kan zich zo op den duur een evenwicht instellen. Totdat…..
0
5
10
15
20
25
30
Verleden Nu Toekomst
Po
pu
lati
e o
mva
ng
in m
iljo
enen
Processierups, effectieve bestrijding en neveneffecten
Processierups
Sterfte onder koolmeesjongen
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 8 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Figuur 6 De ontwikkeling van de processierups na de opkomst natuurlijke vijanden
Aanvulling:
Processen in systemen kunnen naast krimp ook groei vertonen. Deze groei kan zijn:
Onregelmatig. De (absolute dan wel relatieve) toename wisselt per tijdsperiode.
Regelmatig:
o Lineair. Er is sprake van groei met per tijdseenheid eenzelfde hoeveelheid.
o Exponentieel. Er is sprake van groei met per tijdseenheid eenzelfde percentage.
Exponentiële groei is explosief. Binnen korte tijd kan er verdubbeling van de
uitgangswaarde optreden. Deze verdubbelingstijd is eenvoudig te berekenen door
het getal 70 te delen door het groeipercentage. Zo leidt 5% groei per jaar tot een
verdubbeling in 16 jaar (70:5).
o Onderstaande figuur toont het verschil tussen lineaire en exponentiële groei.
0
5
10
15
20
25
30
Verleden Nu Toekomst
Po
pu
lati
e o
mva
ng
in m
iljo
enen
Opkomst processierups en opkomst van natuurlijke vijanden
Processierups
Natuurlijke vijanden
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 9 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Figuur 7 Lineaire en exponentiële groei
Exponentiële groei in de natuur is bekend van exoten die terechtkomen in een omgeving met veel
hulpbronnen en nagenoeg afwezige of te zwakke concurrentie. Dat betekent niet dat er geen
grenzen aan deze groei zouden zitten. Het risico van exponentiële groei1 is dat door de snelheid
ervan het draagvermogen van een systeem wordt overschreden. Gesproken wordt van overshoot.
Deze overshoot is een gevolg van vertragingen in het systeem. Gevolg van overshoot is dan ook vaak
ineenstorting van de populatie (collapse). Onderstaande figuur (de rode lijn geeft het draagvermogen
aan) brengt dat in beeld.
Figuur 8 Overshoot-collapse model
1 Zie A.Barlett, The most important video you’ll ever see op www.youtube.com voor nadere informatie.
0
200
400
600
800
1000
1200
1 4 7 1013161922252831343740434649
Om
van
g
Lineaire groei
Exponentiële groei
Tijd
0
200
400
600
800
1000
1200
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61
Om
van
g
Tijd
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 10 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Overshoot-collapse heeft grote betekenis in relatie tot duurzame ontwikkeling. Onderstaande figuur
is ontleend aan het Living Planet Report 2016 van het WNF en probeert duidelijk te maken dat de
menselijke economie het draagvermogen van de planeet heeft overschreden.
Figuur 9 Mondiale ecologische voetafdruk
Vele ontwikkelingen in menselijke samenleving (denk aan mondiale bevolkingsgroei) en economie
laten exponentiële groeipatronen zien. Dat is niet duurzaam. Duurzame ontwikkeling is er dan ook op
gericht binnen de grenzen van het systeem aarde te blijven. Zie Rockström e.a. A safe operating
space for humanity, versie 2015.
6. Zicht krijgen op kringlopen in het bos.
De koolstofkringloop.
In de natuurgidsencursus vormden kringlopen een belangrijk thema, o.a. de CO2-kringloop. Totdat
het effect van CO2 op klimaat steeds duidelijker werd, was het vaak een theoretisch onderdeel,
waarvan het belang niet groot werd ingeschat. Met de klimaatverandering blijkt het ineens een
cruciaal onderwerp. Reden om er hier meer aandacht aan te schenken.
De tijdschaal waarop de CO2 kringloop zich voltrekt is belangrijk. Veelal wordt dat beperkt tot de
korte CO2 kringloop met centraal daarin de fotosynthese. Dat is nuttig om bijvoorbeeld duidelijk te
maken dat bosbehoud geen, maar herbebossing wel een bijdrage levert aan het oplossen van het
CO2-probleem. Ook laat de korte kringloop zien, dat wat door planten aan CO2 wordt vastgelegd in
principe ook weer terug in de kringloop komt. Planten werken CO2 neutraal. Maar vooral de
middellange cyclus is voor begrip van bv zaken als klimaatverandering en verzuring van oceanen
wezenlijk. De lange koolstofkringloop is nodig om te begrijpen dat de aarde het klimaat op lange
tijdschalen stabiliseert waardoor de temperatuur miljoenen jaren lang binnen grenzen is gebleven
waarbij het leven op aarde heeft kunnen voortbestaan. Bovendien geeft de lange kringloop inzicht in
de CO2opslag in fossiele energie en het vrijkomen er van bij verbranding.
De korte koolstofkringloop (van jaren tot eeuwen).
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 11 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Het is interessant te constateren dat mensen zijn ingeschakeld in de koolstofkringloop. De mens
ademt lucht in, haalt er wat zuurstof uit en bij uitademen is er een relatieve verrijking aan CO2
opgetreden. Via organische verbindingen wordt CO2 in ons lichaam vastgelegd. Dat wordt tijdens ons
leven van het systeem aarde geleend. Bij ons overlijden en de afbraak van menselijke weefsel wordt
het CO2 weer aan het systeem teruggegeven. De mens is op allerlei wijzen in de kringloop van
koolstof ingeschakeld, zoals ook alle andere levende wezens. In het perspectief van de aardse
koolstofkringlopen is dit een korte kringloop. Onderstaande grafieken zijn erg bekend.
Figuur 10 De Keeling curve
Figuur 11 Inmiddels is de grens van 400 ppm gepasseerd.
In 1958 is de Amerikaan Keeling begonnen met het meten van de CO2-concentratie in de atmosfeer.
Hij deed dat ver weg van allerlei mogelijke verstorende bronnen en wel op het Hawaii-eiland Mauna
Loa. Niet alleen toont de grafiek de toename van de hoeveelheid CO2 sinds het begin van de
waarnemingen. Op dit moment is de toename >3 ppm/jaar; tendens stijgend. Maar ook het
zaagtandpatroon valt op. Dat patroon is uitvergroot in figuur 11. CO2 vertoont een jaarlijkse gang die
vooral wordt bepaald door de vegetatie op het noordelijk halfrond; het zuidelijk halfrond heeft te
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 12 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
weinig landmassa en dus vegetatie om het algehele beeld te beïnvloeden. In het voorjaar op het
noordelijk halfrond, komt de groei van biomassa op gang. De CO2 concentratie daalt, omdat steeds
meer koolstof in plantenweefsel wordt vastgelegd. In het najaar is een omgekeerd effect te zien,
omdat door afbraak van biomassa de CO2 weer aan de atmosfeer wordt terug gegeven. De korte
kringloop, gestuurd door de biosfeer, is ingeschakeld in een kringloop op middellange termijn.
De middellange koolstofkringloop (millennia).
De sturende factor in de middellange kringloop is de oceaan. Wanneer het gehalte aan CO2 in de
atmosfeer wordt verhoogd (verlaagd), dan zal door uitwisseling het koolstofgehalte van de oceaan
toenemen (afnemen). Dat gebeurt aan het wateroppervlak. Door stroming van oceaanwater,
oppervlaktestroming maar zeker ook door dieptestroming, wordt oceaanwater met een licht
verhoogde CO2-concentratie (verlaagde…maar daar zullen we verder geen melding meer van maken)
in de oceaan verdeeld. Door deze verdunning zal de CO2 concentratie van oceaanwater maar zeer
langzaam oplopen. Er zit een zeer sterke vertraging tussen de hogere concentratie in de atmosfeer
en die in de hydrosfeer. Anders gezegd: de oceanen hebben een groot bufferend vermogen. De
middellange kringloop vormt weer een onderdeel van de lange kringloop. Zo leggen organismen die
kalkskeletjes maken, bijvoorbeeld foraminiferen, daarmee CO2 vast. Na afsterven worden deze
skeletjes onderdeel van het zeesediment. Zeesediment dat bij subductie van aardplaten mee de
mantel van de aarde kan worden in genomen. Daarbij moet worden gedacht aan geologische
tijdsbestekken.
De lange koolstofkringloop (miljoenen jaren).
Inmiddels staat vast dat de aardkorst bestaat uit een aantal platen die zich ten opzichte van elkaar
bewegen. Platen kunnen langs elkaar heen schuiven, ze worden gevormd bij midoceanische ruggen
en ze kunnen botsen en gebergtes vormen. In dat laatste geval kan een plaat ook (gedeeltelijk) de
diepte van de aardmantel induiken en gerecycled worden. Daarmee kan CO2 in de mantel
verdwijnen. Bij vulkanisme daarentegen komt weer materiaal naar boven en kan CO2 ontsnappen. Zo
zorgen geologisch tektonische processen voor zowel een sink als een source van CO2.
Vulkanisme is de belangrijkste bron (source) van CO2 in de lange koolstofcyclus. Zou die source
koolstof blijven leveren, dan neemt het CO2 gehalte in de atmosfeer constant toe met uiteindelijk
een uit de hand lopend broeikaseffect als resultaat. Een belangrijk tegeneffect wordt geleverd door
de chemische verwering van gesteenten; de zogenaamde silikaatverwering. Bij chemisch verwering
wordt CO2 vastgelegd. Omdat op deze wijze een evenwicht en dus gelijkmatiger temperatuur van de
aarde wordt bewerkstelligd, wordt wel gesproken van de verweringsthermostaat2. De werking
daarvan lijkt op een echte thermostaat. Toename van CO2 in de atmosfeer verhoogt de temperatuur.
Een hogere temperatuur versnelt de chemische verwering. Versnelling van de chemische verwering
leidt tot afname van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer, waardoor de temperatuur daalt. Een lagere
temperatuur betekent afname van de chemische verwering, waardoor het CO2 gehalte weer gaat
oplopen. De vulkanen werken immers door. De temperatuur stijgt enzovoorts….
In werkelijkheid is het proces oneindig veel gecompliceerder. Enkele processen om dat te illustreren,
zonder verder in details te treden: 2 De verweringsthermostaat is gebaseerd op de Urey reactie CaCO3 + SiO2 ↔ CaSiO3 + CO2
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 13 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Door de vorming van steenkool, aardolie en aardgas is voor zeer lange tijd CO2 aan
genoemde kringlopen onttrokken. Dat de mens deze CO2 weer vrij maakt is bedenkelijk als
gelet wordt op de geologische klimaateffecten van een verhoogde CO2-concentratie.
De plaattektoniek kan continenten dichter bij de evenaar concentreren. Dichter bij de
evenaar geeft hogere temperaturen. Hogere temperaturen, zeker in combinatie met een
hoge vochtigheid, versnellen de chemische verwering en daarmee de vastlegging van CO2.
Gebergtevorming leidt tot expositie van grote hoeveelheden gesteente aan de atmosfeer.
Dat vergroot de chemische verwering. Niet voor niets dat er klimatologen zijn die
omvangrijke gebergtevorming, bv de vorming van Alpen t/m Himalaya, zien als oorzaak van
mondiale afkoeling tot ijstijden.
Zeespiegelstijging verkleint de expositie van gesteenten. Dat remt chemische verwering.
Bodemvorming schermt onderliggende rots af voor de inwerking van het weer. Zo leidt
bodemvorming tot het afremmen van chemische verwering en dus van vastlegging van CO2.
De betekenis van bos in de CO2 kringloop is groot. In bosbiomassa is veel koolstof vastgelegd. Bij
ontbossing komt dat in de atmosfeer. Herbebossing draagt omgekeerd bij aan het verlagen van het
atmosferisch koolstofgehalte. In tegenstelling tot wat wel eens wordt gedacht, draagt het
handhaven van bossen niet bij aan de oplossing van het atmosferisch CO2 probleem. Tenzij er door
het verhoogde koolstofgehalte sprake is van toename van de biomassa. Onderzoek toont aan dat
daar inderdaad sprake van is. In tropische bossen leidt het vermoedelijk ook tot verschuiving tussen
soorten. Er zijn aanwijzingen dat lianen meer profiteren van het verhoogde CO2 gehalte in de
atmosfeer dan bomen. Op deze wijze zouden concurrentieverhoudingen door CO2 beïnvloed kunnen
worden.
De waterkringloop.
Onderstaande figuur illustreert de waterkringloop. Ook daarin zijn verschillende tijdshorizonten te
herkennen.
Figuur 12 De kringloop van het water
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 14 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Bij de kringloop van water wordt altijd gedacht aan zoet water. Maar ook de oceanen kennen hun
kringlopen. Oceaanstromingen verplaatsen niet alleen energie, maar ook water. Toename van
dichtheid van oceaanwater kan ertoe leiden dat een stroming de diepte induikt. Illustratief is dat bij
de Warme Golfstroom. Op weg van het Caraïbisch gebied naar de Noordpool verdampt er relatief
veel water, waardoor het zoutgehalte toeneemt. Door bevriezing nabij de polen neemt die
zoutconcentratie verder toe. In ijs wordt immers het zout niet meegenomen. Dat verhoogt wederom
de dichtheid, nog versterkt door de afkoeling van het water. Tussen IJsland en Groenland is het water
zo dicht geworden dat het naar de bodem van de oceaan gaat zakken en zich daar als bodemstroom
verder beweegt. Gesproken wordt van een thermohaliene stroming. Deze is voor het diepe
oceaanleven van groot belang, omdat alleen op deze wijze zuurstof in de diepe oceaan beschikbaar
kan zijn. In periodes dat de oceaanstromen zwak respectievelijk afwezig zijn, treden in de oceanen
anaerobe omstandigheden op.
De rol van bos in de zoetwaterkringloop is groot. Een voorbeeld om dat te illustreren.
Figuur 13 Waterbalans Amazonegebied
Figuur 13 laat zien dat het Amazonebos het zoete water in hoge mate in een eigen gesloten kringloop
houdt. Door verdamping (evaporatie) en uitzweten (transpiratie) geldt dat voor 74,1% van de
beschikbare waterhoeveelheid. Het op grote schaal kappen van tropisch bos kan deze precaire
waterbalans verstoren. Gebeurt dat dan wijzigt zich het Amazoneklimaat van warm vochtig (tropisch
regenwoudklimaat) naar warm en droog (savanneklimaat). Het is een van de onderkende mondiale
tipping points. Mondiaal omdat verandering van het Amazoneklimaat niet alleen een ramp zal zijn
voor het gebied zelf. Het mondiale klimaat zal erdoor worden beïnvloed.
De voedsel(nutriënten)kringloop.
Van de voedselkringloop zijn vele varianten denkbaar. De meest simpele vorm toont onderstaande
figuur.
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 15 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Figuur 14 Eenvoudige voedselkringloop
Detaillering is mogelijk door de dieren op te delen in herbivoren, omnivoren en carnivoren. Dan
ontstaat al gauw een voedselpiramide.
Ook kan worden gekeken naar de schaal van de kringloop. In onderstaand voorbeeld wordt daartoe
een aanzet geschetst.
Figuur 15 Lokaal gesloten kringloop van nutriënten
In een natuurlijke situatie is de kringloop op lokaal niveau gesloten. Dat is wel afhankelijk van het
gekozen detailleringsniveau. Immers tussen verschillende ecosystemen bestaan teleconnecties. Een
beroemd voorbeeld is dat van transport van Saharastof naar het Amazonegebied door de
passaatwinden. Het bos profiteert zo van mineralen die uit de Sahara afkomstig zijn.
Door agrarische activiteiten wordt als neveneffect stikstof via de atmosfeer afgezet in
natuurgebieden. En zo zijn er nog vele andere voorbeelden te noemen. In grote lijnen geldt echter
dat in een natuurlijk bos sprake is van een gesloten voedselkringloop.
Zodra aan bos producten onttrokken worden, raakt dat beeld verstoord. Door het weghalen van
strooisel teneinde akkers te bemesten hebben onze voorouders op de zandgronden een proces
gestart van degradatie van het bos tot heide. Op de heide zette de mens dat proces voort. Tot 1750
door strooisel te oogsten, na dat jaartal door plaggen te steken. Maar dat niet alleen; ook door er
schapen te laten grazen. Deze schapen en de mens haalden op deze wijze de vruchtbaarheid van de
heide weg die daardoor steeds verder verarmde. Via de potstal, waar de uitwerpselen van de
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 16 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
schapen in het strooisel en later de heideplaggen werden opgepot, kreeg de verarming aan
mineralen van de heide vorm. De mest die werd opgebracht op de akkers verhoogde de
vruchtbaarheid. Op regionaal niveau was de kringloop nog steeds gesloten, maar op lokaal niveau
niet meer. Onderstaande figuur brengt dat in beeld.
Figuur 16 Lokaal open en regionaal gesloten kringloop
En dan de huidige situatie. Via de soja uit Brazilië/Zuid Amerika worden mineralen naar onze
intensieve veehouderij gebracht. De kringloop is niet langer gesloten en blijft als restproduct een
overmaat aan mest over. Hierbij bestaat een samenhang met het bos. Om de grootschalige
sojaverbouw mogelijk te maken zijn grote delen van het zuidelijke Amazonegebied inmiddels in
akkers omgezet. Mede gezien het enorme biodiversiteitsverlies dat hier het gevolg van is, een
duurzaamheidsprobleem van de eerste orde.
Figuur 17 Open nutriëntenkringloop
7. Terugkoppelingen in het bos.
A. Voorbeelden van negatieve terugkoppelingen in het systeem bos:
Als de temperatuur van de omgeving gaat oplopen gaan de huidmondjes (stomata) van de
boombladeren in het bos zich verder openen. Dat stelt planten in staat meer water te
verdampen door transpiratie. De verdamping zal energie aan de omgeving onttrekken, waardoor
de temperatuurstijging wordt getemperd. Dat is dan ook de reden dat het op een hete zomerdag
heerlijk koel kan zijn in het bos.
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 17 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Op pagina 7 worden populatiecontrolemechanismen toegelicht als voorbeelden van negatieve
terugkoppelingen.
De Gaia-theorie gaat er vanuit dat de aarde als geheel in evenwicht blijft door allerlei negatieve
terugkoppelingen. Deze visie dat de aarde een zelfregulerend organisme3 is, wordt niet door
iedereen geaccepteerd.
B. Exoten en positieve terugkoppelingen in het bos.
De Amerikaanse vogelkers is rond 1920 als 'vulhout' in naaldhoutbossen aangeplant. De struik
zou tot betere humusvorming in de arme bodems onder de dennen leiden en zou door
schaduwwerking de dennen meer in de hoogte laten groeien. Rond 1950 komt men tot de
ontdekking dat de struik zich ontwikkelt als een plaagsoort. In plaats van aanplanten gaat
Staatsbosbeheer bestrijden, omdat de soort zich ontwikkelt ten koste van inheemse soorten
zoals bv de lijsterbes. Sinds 1995 ligt er onder bestrijding ook een wettelijke basis. Het
Biodiversiteitsverdrag schrijft bestrijding van verdringende exoten voor.
Inmiddels is duidelijk dat de soort blijvend onderdeel van onze bosecosystemen zal zijn.
Bestrijding blijft geboden daar waar de soort erg dominant is.
Voor het voorbeeld van de Eikenprocessierups zie pagina 6.
Voor het voorbeeld van Crassula zie opgavenblad.
Een ander illustratief voorbeeld is Waterpest, een uit Noord-Amerika afkomstige waterplant, die
in 1859 werd uitgezet rond de stad Utrecht. Omdat het uitsluitend vrouwelijke planten betrof,
moest de soort zich vegetatief vermeerderen. De oorspronkelijk geïntroduceerde Brede
waterpest is na de Tweede Wereldoorlog bijna helemaal door de Smalle waterpest verdrongen.
De plant werd Waterpest genoemd, omdat het waterlopen volledig kan dichtgroeien. Vooral
mechanisch maaien helpt de plant. Dat levert veel plantenfragmentjes op die opnieuw tot
planten uitgroeien. Vooral in de tijd van fosfaat houdende wasmiddelen en dus een overmaat
aan fosfaat in het oppervlaktewater vierde de Waterpest hoogtij. Na het verbod op fosfaat
houdende wasmiddelen stopt de explosieve uitbreiding van de plant. Een forse neergang volgt.
Op dit moment is een geweldige explosie te constateren van de Japanse Duizendknoop.
Steeds komt door de explosieve toename van exoten de van oorsprong aanwezige biodiversiteit
onder druk te staan.
C. Tipping points in bosecosystemen?
Echte tippingpointpassages in bosecosystemen zijn in Nederland niet bekend. Wel in plassen en
meren. Door overbemesting met fosfaat gingen deze eind vorige eeuw steeds vaker over van
heldere met waterplanten begroeide wateren waarin zichtjagers als de snoek zich prima thuis
voelden, over in troebele, met algen dichtgegroeide en door brasems bewoonde plassen. Het
verminderen van het fosfaatgehalte bleek het ecosysteem niet te laten terugkeren naar zijn
oorspronkelijke toestand. Ook al was het fosfaatgehalte zover gedaald dat dit wel zou moeten
3 Zie bijvoorbeeld (2000) James Lovelock. Gaia: A New Look at Life on Earth.
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 18 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
kunnen. Dat is typerend voor drempelpassages. Om het systeem te laten terug keren naar zijn
uitgangssituatie, moet een shocktherapie worden toegepast. In dit geval was dat het volledig
wegvangen van alle vis. Pas daarna keerde de heldere toestand met waterplanten en zichtjagers
terug. Onderzoek van de Universiteit van Wageningen onder leiding van Marten Scheffer lag aan
deze aanpak ten grondslag4.
Zie onderaan pagina 14 voor het voorbeeld van de ontbossing van de Amazone.
In Noord Chili zijn grote gebieden op de Andeshellingen ontbost, waardoor een savanne- en
steppeachtige omgeving is ontstaan. Niet alleen het klimaat is veranderd, maar door erosie is
ook veel van de oorspronkelijke bodem verdwenen. Het met rust laten van het systeem brengt
het niet terug in zijn oorspronkelijke bostoestand. Jonge boompjes die willen ontkiemen vinden
er geen geschikte omgeving meer. Er is een tipping point gepasseerd; dus keert het systeem niet
vanzelf terug naar de oorspronkelijke functioneringstoestand. Door actief te herbebossen wordt
nu geprobeerd het (micro)klimaat te beïnvloeden. Bebossing maakt het microklimaat vochtiger
en wordt de zich zeer langzaam herstellende bodem weer vastgehouden. In een aantal gebieden
is succes geboekt. De omgeving is nu weer zo veranderd dat spontane bosontwikkeling aan het
optreden is.
D. Hoe kan heide in zijn functioneringstoestand worden gehouden?
Heide is een degradatietoestand van bos. De potentieel natuurlijke vegetatie(PNV) is
eikenberkenbos in de hoge delen van de zandgebieden in Nederland en elzen-/wilgenbos in de
lagere delen. Wordt de heide volledig met rust gelaten dan zal de successie gaan in de richting
van de PNV. Dus moet door maaien, plaggen en schapenbeweiding voorkomen worden dat
bosopslag een kans krijgt.
Bij het krantenartikel:
Positieve terugkoppelingen: opwarming nabij de polen versnelt ademhaling van
bodemorganismen. Snellere ademhaling betekent meer CO2 uitstoot. Maar daarnaast
ook versnelling van de afbraak van organisch materiaal, hetgeen ook weer CO2 / CH4
oplevert. Meer CO2 betekent een hogere temperatuur enzovoorts. Maar uiteindelijk, als
de temperatuur hoog genoeg is zou weer een negatieve feedback gaan werken. Zie
volgend punt.
Negatieve terugkoppelingen: dichterbij de tropen werken organismen al op topsnelheid.
Opwarming heeft daar dan ook geen effect.
8. Causale lussen voor complexere situaties.
A. Aanvullingen op figuur 1 door toename van antropogeen CO2. Onderstaande toevoeging aan
het schema is mogelijk:
4 Voor geïnteresseerden in tipping points zie Scheffer, M. (2009) Critical transitions in nature and society. Princeton University Press.
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 19 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
Figuur 18 Invloed van de toename antropogeen CO2 op de temperatuur van de atmosfeer.
B. Het effect van groen op het stadsklimaat.
Figuur 19 Invloed van meer groen op de stadstemperatuur
C. Eigen aanvullingen. Geen standaardantwoord mogelijk.
9. Archetypen.
Archetypen die centraal staan in de duurzaamheidsproblematiek zijn:
Grenzen aan de groei. Beschikbare hulpbronnen zullen uiteindelijk altijd grenzen stellen aan
de groei van populaties van soorten. De populatiedynamiek geeft daarvan vele voorbeelden.
Zie ook de uitwerking op vraag 5 waar het overshoot-collapsemodel werd geïntroduceerd.
Het rapport aan de Club van Rome uit 1972, met de toepasselijke titel “Limits to growth”
NGC_ML
©A.Havermans Pagina 20 van 20 Uitwerkingen systeemdenken en het bos
stelt dat zulks ook geldt voor de menselijke economie. In feite is dit boek en haar vele
opvolgers een uitwerking van dit archetype.
The tragedy of the commons ook wel de tragedie van de meent. Het begrip wordt onder
meer gebruikt in de economie en die benadering is hier het meest bruikbaar. Het begrip is
geïntroduceerd door de ecoloog Garrett Hardin in 1968. Hij verstond er de uitputting onder
van een gemeenschappelijke hulpbron door individuen die onafhankelijk van elkaar,
rationeel handelen op basis van eigenbelang. Dat ondanks het feit dat die individuen zich
realiseren dat de uitputting van deze gemeenschappelijke hulpbron uiteindelijk in gaat tegen
het lange termijn belang van de groep. Voor individuen mag ook bedrijven/landen gelezen
worden. Klassiek voorbeeld is de overbevissing van de oceanen. Maar toegepast op het bos
geldt hetzelfde voor bos met het tropisch regenwoud als extreem voorbeeld. Als uiteindelijk
deze bossen verdwenen zullen zijn ten faveure van het korte termijngewin voor enkelen
zullen lange termijnvoordelen als klimaatregulatie, stoffen voor geneesmiddelen en parfums
en dergelijke verloren zijn voor de mensheid als geheel.
Helaas zijn van het archetype lapmiddelen met averechtse uitwerking vele voorbeelden te
vinden als het om de duurzaamheidsproblematiek gaat. Eerste generatie biobrandstoffen
bieden zo’n illustratie. Het biedt uiteindelijk geen oplossing voor de energieproblematiek
maar heeft verwoestende uitwerkingen op voedselzekerheid in de wereld en op de
biodiversiteit. Overigens kennen technology fixes voor duurzaamheidsproblemen notoir veel
neveneffecten. Onbedoelde effecten die pas later desastreuse uitwerkingen blijken te
hebben. Vele soorten legden bijvoorbeeld al het loodje door de introductie van exoten die
vaak met goede bedoelingen, bijvoorbeeld om de voedselsituatie in bepaalde gebieden te
verbeteren, in nieuwe ecosystemen werden uitgezet. Het Victoriameer is een bekend
voorbeeld; vele endemen verdwenen uit de vele meren van het La Cajas gebied in Ecuador
door de introductie van forel. En deze lijst is eindeloos uit te breiden.
Bijstellen van doelstellingen is een berucht archetype in relatie tot duurzaamheid.
Economische problemen worden vaak als excuus gebruikt om doelstellingen m.b.t.
energiebesparing niet te hoeven halen, evenals reductiedoelstellingen m.b.t. CO2.
Afschuiven van de last c.q. het toepassen van schijnoplossingen tenslotte is heel centraal in
de duurzaamheidsproblematiek. Externalisering van kosten, het afwentelen van
milieudegradatie op mensen elders en later is er de kern van. Internalisering is derhalve een
fundamentele oplossing.
©Ad Havermans
December 2016.