4 Samenvatting en Besluit Inleiding Dit boek geeft een literatuuroverzicht van enerzijds de ecologische aspecten van bossen en anderzijds de bestaande indicatoren en meetstandaarden om te beoordelen of deze ecologische aspecten bestendigd worden in het bosbeheer op bestands- en bosniveau. Het document dient als inspiratiebron voor de ontwikkeling van een nieuwe indicatorset om ecologische aspecten van duurzaam bosbeheer op bestandsniveau in Vlaanderen te evalueren. De uitvoering van dit project gebeurt in opdracht van de afdeling Bos & Groen van het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap (B&G/27/2002; Ontwikkeling van integrale kwantitatieve indicatoren voor de ecologische aspecten van duurzaam bosbeheer).
Ecologische aspecten van bossen Invulling van het begrip “ecologische aspecten van duurzaam bosbeheer” Het uitgangspunt van dit project is dat de ecologische aspecten van duurzaam bosbeheer bestaat uit drie componenten. De eerste component is de soorten- en genetische samenstelling van het ecosysteem, de tweede component de ruimtelijke opbouw of structuur van het bos en de derde component is de functionele component, die alle processen omvat die het ecosysteem doen functioneren en stabiel maken. Om een bosecosysteem duurzaam te beheren moet elke component afzonderlijk duurzaam worden beheerd.
Samenstelling van bossen: Indicatorsoorten De samenstelling van bossen kan niet rechtstreeks gemeten worden. Daarom werd veelvuldig voorgesteld om de aanwezigheid of abundantie van één of enkele soorten in een ecosysteem als indicator voor de totale soortenrijkdom te gebruiken. Het gebruik van indicatorsoorten is aantrekkelijk en publieksvriendelijk, maar geeft te weinig informatie om met de volledige samenstelling van het ecosysteem sterk gecorreleerd te zijn. Daarom lijkt de soortenrijkdom van een soortengroep een nuttigere indicator voor ecosysteemeigenschappen. Niettemin bevatten ecosystemen en habitats met een hoge soortenrijkdom voor een bepaald taxum niet noodzakelijk 172
een hoge soortenrijkdom voor andere taxa. Daarom moet worden afgeraden om één soortengroep als indicator voor integriteit of kwaliteit van een heel ecosysteem te gebruiken. Algemeen kan men daarom stellen dat multisoortenmonitoring, waarbij soorten uit verschillende taxa worden geselecteerd, een beloftevolle benaderingswijze is. Het uitwerken van een multisoortenset is erg arbeidsintensief en is nog niet gebeurd voor Vlaamse bossen.
Samenstelling van bossen: diversiteitsindices Bij het gebruik van indicatorsoorten(groepen) en multisoortenmonitoring stelt zich de vraag welke diversiteitsindex het meest geschikt is om de waargenomen abunantie en proportie van elke soort weer te geven. De meest voor de hand liggende index is de soortendiversiteit, die kan geschat worden op basis van de waargenomen soortenrijkdom en de bemonsteringsinspanning. Soortenrijkdom houdt echter geen rekening met de tweede component van diversiteit, namelijk equitabiliteit, zijnde de mate waarin de relatieve talrijkheid of abundantie van de verschillende soorten gelijk is. Er zijn tal van niet-parametrische diversiteitsindices voorgesteld die zowel met soortenrijkdom als met equitabiliteit rekening houden, waarbij deze indices onderling verschillen in het belang die ze toekennen aan soortenrijkdom en equitabiliteit. Onder deze indices kan men geen universeel ‘beste’ index voorstellen, maar de meest gebruikte indices zijn de Shannon-Wiener en de Simpson indices. Voor verschillende van deze indices is verder nog een aparte index gedefinieerd die louter met de equitabiliteit rekening houdt.
Structuur van bossen: habitatdiversiteit Er worden in deze literatuurstudie twee benaderingen beschreven om de structuur van bosecosystemen te beschrijven. Een eerste benadering beschouwt de habitatdiversiteit van bossen. Mogelijke indicatoren hiervan geven een score voor de aanwezigheid en kwaliteit van kleine structuurelementen die belangrijk zijn voor de soortenrijkdom en de kringlopen binnen bossen, zoals dood hout, dikke bomen, open plekken en poelen. Anderzijds kunnen ook binnen een bos habitateenheden op grotere schaal worden onderscheiden, waarbij met behulp van een diversiteitindex, de habitatdiversiteit kan worden weergegeven. Deze methode is erg afhankelijk van het aantal verschillenden
173
habitateenheden die worden onderscheiden en van de duidelijke definitie van deze habitateenheden.
Structuur van bossen: horizontale, verticale en driedimensionele structuur Een tweede benadering voor het weergeven van structuur van bosecosystemen beschrijft de structuur vanuit de optiek van bosdynamiek en bestandsontwikkeling. Hierbij is een onderscheid gemaakt tussen horizontale, verticale en driedimensionale structuur. Er kan gebruik gemaakt worden van relatief eenvoudige niet-ruimtelijke structuurindicatoren, of van ruimtelijke indicatoren zoals naaste-buur indices. Met naaste-buur indices kunnen verschillende aspecten van structuur gekwantificeerd worden en ze lenen zich goed om het effect van beheersingrepen op te volgen. Sociale dynamiek en verticale structuur kunnen ook aan de hand van boomklassensystemen beschreven worden. De bestandsstructuur kan ook driedimensionaal in kaart gebracht worden met behulp van LIDAR technologie. Met LIDAR gegevens kunnen tal van structuurindicatoren rechtstreeks bepaald of afgeleid worden.
Functie: Inleiding De functionele component bevat de processen die het bosecosysteem de mogelijkheid geven om te functioneren en zichzelf te onderhouden. De invulling hiervan is niet zo duidelijk als voor de componenten structuur en samenstelling van bossen.
Functie: Productie, vitaliteit, verjonging Een eerste functie van het bos is het produceren van biomassa, het behoud van vitaliteit en het natuurlijk verjongen van bestanden. De hoeveelheid biomassa die door fotosynthese in een ecosysteem wordt opgebouwd, bepaalt de bruto primaire productie (BPP). Het verschil tussen deze brutto primaire productie BPP en de autotrofe respiratie Ra bepaalt de netto primaire productie (NPP) van een ecosysteem. Heterotrofe organismen maken maar een zeer beperkt aandeel uit van de BPP van het ecosysteem, maar consumeren uiteindelijk het grootste deel van de primaire productie, waardoor de heterotrofe respiratie (Rh) van ecosystemen erg hoog ligt. De totale ecosysteemrespiratie Re is de som van de autrofe respiratie Ra en de heterotrofe respiratie Rh. De netto ecosysteem productie (NEP) is dan het verschil tussen de bruto primaire productie BPP en de totale respiratie Re en geeft aan of het ecosysteem netto koolstof opneemt uit of afgeeft aan de atmosfeer. 174
De meest voor de hand liggende indicator voor productie van ecosystemen is de netto primaire productie (NPP). Daarnaast kan ook de vrije netto primair productie (fNPP) gebruikt worden. Dit is het verschil tussen de NPP en de gemiddelde jaarlijks geoogste biomassa. De meest toegepaste indicator voor de monitoring van de vitaliteit van bossen is de schatting van de kroontoestand van de bomen. Indicatoren van natuurlijke verjonging worden in vele indicatorsets ingewerkt omdat natuurlijke verjonging nodig is voor de opvolging van het bestand en sterk afhankelijk van microklimatologische en bodemcondities.
Functie: Stofkringloop Een tweede aspect van de functionele component van bossen is de controle van het ecosysteem over de stofkringloop. Een belangrijke stap in de stofkringloop is de manier waarop het strooisel en ander materiaal wordt afgebroken. De afbraak van strooisel verloopt in twee stappen. In een eerste stap wordt het strooisel gefragmenteerd en vermengd met de minerale bodem. In deze stap zijn invertebrate bodemorganismen, met name regenwormen, van groot belang. De tweede stap is de chemische afbraak van de strooiselfragmenten, die door bacteriën en zwammen gebeurt. De kwaliteit van het strooisel en de snelheid en kwaliteit van de strooiselafbraak bepalen in grote mate het humustype dat zich vormt. Het bosbeheer heeft een sterke invloed op beide stappen van het afbraakproces en op het type strooisel dat zich ontwikkelt. Nuttige indicatoren voor de afbraakprocessen zijn indicatoren die de snelheid van strooiselafbraak, de diversiteit en kwantiteit van de regenwormenpopulatie of de diversiteit en activiteit van de bodemmicro-organismen weergeven. Naast de afbraakprocessen zijn ook de instroom en uitloging van nutriënten van of naar het milieu en de verliezen van nutriënten bij de houtoogst belangrijke aspecten van de nutriëntenkringloop. Zo bepaalt de stofkringloop niet alleen de chemische bodemsamenstelling,
maar
heeft
hij
ook
een
impact
op
de
fysische
bodemsamenstelling. Op die manier is de compactie van bodem, wat een vermindering in standplaatsvitaliteit veroorzaakt, vaak een rechtstreeks gevolg van niet-duurzaam bosbeheer wat betreft boomsoortenkeuze en beheersingrepen.
175
Er zijn indicatoren ontwikkeld die het gezamenlijke effect van bodemfysische en bodemchemische eigenschappen voor de standplaatsvitaliteit weergeven, zoals de bodemkwaliteitsindex van Kelting et al. (1999).
Functie: Waterkringloop De waterkringloop in bossen en de controle erover is een derde aspect van de functionele component. Een belangrijke factor in de waterkringloop van bossen is de evapotranspiratie, die bestaat uit de (interceptie-)evaporatie en de transpiratie van bestanden. De transpiratie speelt een belangrijke fysiologische rol door het mogelijk maken van fotosynthese en van het transport van nutriënten. Ze bepaalt ook in grote mate de energiehuishouding van bossen door de invloed op de temperatuur van het ecosysteem en op het behoud van het microklimaat. Het water dat niet wordt geëvapotranspireerd kan het ecosysteem verlaten door Hortonian overland flow en verzadigingsafstroming, samen de oppervlakkige afstroming, door subsurface flow of door aanvulling van het grondwater. In onverstoorde bestanden zal de oppervlakkige afstroming zeer klein zijn, maar niet-duurzame beheersingrepen kunnen dit sterk wijzigen. Beheersingrepen die de natuurlijke verhouding van grondwateraanvulling en evapotranspiratie veranderen kunnen bovendien verstrekkende gevolgen op de schaal van het stroombekken. De hoeveelheid en intensiteit van oppervlakkige afstroming is sterk gerelateerd aan de hoeveelheid materiaal die door erosie uit de bestanden verdwijnt. De erosieverliezen hangen af van de erodibiliteit of erosiegevoeligheid van de bodem, de erosiviteit of de intensiteit van de neerslag, de topografie en de afscherming van de bodem door vegetatie en strooisellaag. Het bosbeheer kan ook de waterkwaliteit in de stroombekkens sterk beïnvloeden. Een slechte boomsoortenkeuze en grote stikstofdeposities kunnen aanleiding geven tot verzuring. Grote hoeveelheden organisch materiaal, afkomstig van erosie, kunnen de troebelheid en de Biological Oxygen Demand sterk doen toenemen, met verarming van de rivierecosystemen tot gevolg. Doordat verstoringen in de waterkringloop van bossen door niet-duurzaam beheer vooral op grote schaal verstrekkende gevolgen kunnen hebben, is het niet eenvoudig om indicatoren voor de duurzaamheid van de waterhuishouding op bestandsschaal te definiëren. Om de erosie te schatten kunnen de Modified Soil Loss Equation (MSLE) en de wegendichtheid in bossen worden gebruikt. 176
Functie: Energiehuishouding Het is belangrijk dat bosecosystemen een goede controle hebben over de energiestromen
doorheen
het
ecosysteem,
niet
alleen
met
het
oog
op
biomassaproductie, maar eveneens om tot een stabiele toestand van het ecosysteem te komen. Uit
de
energiebalans
blijkt
het
belang
van
evapotranspiratie
voor
de
energiehuishouding en de temperatuur van het ecosysteem. Thermale indicatoren meten de warmtestraling van de bossen. Het heersende microklimaat in een bosecosysteem heeft een belangrijke invloed op ecologische processen zoals bodem- en plantenrespiratie, nutriëntencyclus en fotosynthese en bepaalt de levensomstandigheden van planten en dieren. Bovendien is het een rechtstreeks gevolg van de energiehuishouding in het ecosysteem. Daarom kan het er een nuttige indicator voor zijn.
Functie: Successie en Stabiliteit In de bosecologie bestaan er een drietal opvattingen over wat ecosysteemstabiliteit precies inhoudt en hoe het gemeten kan worden. In successiemodellen wordt de nadruk gelegd op de stabiliteit van de soortensamenstelling van het ecosysteem in de loop van de successie. Dit is het proces waarbij verschillende levensgemeenschappen elkaar in de tijd opvolgen op eenzelfde plaats. Successie kan primair of secundair zijn en worden gestuurd door autogene of allogene factoren. De opvattingen dat de successie unidirectioneel is en eindigt bij een uiterst stabiele climaxfase met een constante soortensamenstelling met maximale soortendiversiteit, zijn voorbijgestreefd. Vandaag de dag wordt aangenomen dat successie niet unidirectioneel verloopt, dat de soortenrijkdom niet maximaal is in de laatste successiefase, en dat ecosystemen sterk beïnvloed worden door externe factoren. Dit laatste wordt benadrukt in resistentiemodellen. Hierin wordt de stabiliteit van een ecosysteem geïnterpreteerd als een weerstand tegen externe invloeden. Deze weerstand kan worden ingevuld als resistentie of de beperktheid van fluctuatie binnen een ecosysteem onderhevig aan externe invloeden gecombineerd met resiliëntie of de vlotheid van herstel en terugkeer naar de voorgaande situatie na een ernstige verstoring. 177
Energiemodellen trachten de opvattingen van het successiemodel, met nadruk op interne controle, en van het resistentiemodel, met nadruk op externe controle, te verenigen. Zij hechten fundamenteel belang aan de interne controle binnen het ecosysteem als maat voor stabiliteit, maar leggen er de nadruk op dat de energiebronnen extern zijn en dat het ecosysteem slechts stabiel is indien ze de bioenergetische controle kan bewaren ondanks externe verstoringen. Bormann en Likens (1979) stelden dat bossen in de laatste fase van de successie een constante en nietmaximale biomassa hebben, en dat in deze evenwichtstoestand het bosecosysteem een maximale stabiliteit bereikt, omdat het de beweging van water en mineralen maximaal controleert, ondanks de externe verstoringen waaraan het onderhevig is. Zij hechten fundamenteel belang aan de stabiliserende kracht van transpiratie. Ook exergiemodellen kunnen onder de energiemodellen worden ingedeeld. Muys et al. (2001) vatten de exergiebenadering door Schneider en Kay (1994) samen in vier punten en noemden dit het ecosysteem-exergie concept: a. Ecosystemen zijn open systemen die onderhevig zijn aan externe energiefluxen, voornamelijk zonlicht b. Ecosystemen gebruiken een deel van deze zonne-energie om hun interne exergieniveau te vermeerderen in de vorm van biomassa, structuur en informatie (orde uit wanorde) c. Ecosystemen behouden en verhogen hun capaciteit om orde op te bouwen door middel van genetische selectie en overdracht en andere leerprocessen (orde uit orde) d. Ecosystemen met een hoog exergieniveau zijn meer succesvol in het dissiperen van externe energiestromen. Dit betekent dat ze beter gebufferd zijn en een hogere stabiliteit hebben. e.
Functie: Planten als indicatoren voor ecosysteemcondities en ecosysteemprocessen Wanneer planten gebruikt worden als bio-indicatoren, zoals bij het toepassen van Ellenbergwaarden, kunnen ze milieuomstandigheden zichtbaar maken. Ondanks kritiek op het gebruik van Ellenbergwaarden, voornamelijk omdat ze subjectief bepaald werden op basis van praktijkervaring eerder dan op basis van metingen en omdat ze niet zomaar buiten het gebied waarvoor ze oorspronkelijk werden gedefinieerd kunnen worden toegepast, worden ze nog steeds erg veel gebruikt. Ze kunnen dan ook erg nuttig zijn om een idee te geven over de evolutie van moeilijk
178
meetbare processen die te maken hebben met zowel water- (F-getal), energie- (Lgetal) als nutriëntenhuishouding (N- en R-getal).
Meetstandaarden Eens de conceptuele achtergrond van het project duidelijk is en de indicatoren voor elke component gekend zijn, moeten de drie componenten en hun mogelijke indicatoren worden samengebracht tot een meetstandaard. Daarom wordt in het derde deel van deze literatuurstudie een overzicht gegeven van bestaande meetstandaarden. Er werden vijf types meetstandaarden toegelicht die toegepast kunnen worden om de impact van bosbouw en bosexploitatie te evalueren.
Meetstandaarden: Shopping baskets Shopping baskets kennen een beperkte theoretische onderbouwing, maar de ontwikkelde standaarden en scoresystemen kunnen toch dienen als inspiratiebron voor het ontwikkelen van de meetstandaard.
Meetstandaarden: Principes, Criteria en Indicatoren (P, C & I) Het goed omschreven hiërarchisch raamwerk van P, C & I is bruikbaar om vorm te geven aan de nieuwe indicatorset en om bestaande P, C & I standaarden voor duurzaam bosbeheer vormen een nuttige inspiratiebron voor het formuleren van principes, criteria en indicatoren. In internationale standaarden is immers een uitgebreid aanbod aan potentiële indicatoren te vinden. De toepassingsmogelijkheden worden beperkt doordat veel van deze indicatoren niet kwantitatief zijn, doordat ze niet toegepast kunnen worden op het bestandsniveau, of doordat ze niet rechtstreeks de terreintoestand evalueren. Het Vlaamse beleidskader, met onder andere de Vlaamse criteria voor duurzaam bosbeheer, legt relatief veel nadruk op de ecologische aspecten van duurzaam bosbeheer en vormt een belangrijk uitgangspunt.
Meetstandaarden: Levenscyclusanalyse De LCA methodologie biedt een manier om verschillende kwantitatieve indicatoren te integreren. Ook bestaande indicatoren van de impactcategorie landgebruik zijn interessant als inspiratie omdat ze steeds kwantitatief zijn en vaak toepasbaar op bestandsniveau.
179
Meetstandaarden: Decision Support Systems en Milieu-effectenrapportering MER en DSS lijken voor dit project als methode minder bruikbaar hebben omdat ze eerder voorspellend werken dan evaluerend.
180
