Wat is een goed functionerend estuarien ecosysteem en welke diensten levert dat ons? Prof. Dr. Patrick Meire Onderzoeksgroep ecosysteembeheer Universiteit Antwerpen
2
intro • De voorbije decaden is er een sterke evolutie in de concepten die sturend zijn voor het beheer van estuaria • è veiligheid en navigatie - è waterkwaliteit • è soortbescherming (EU Vogelrichtlijn 1979) - è habitatbescherming (EU Habitatrichtlijn 1992)
3
Natuur
Ecologie
Haven Landbouw
Economie
4
An Estuary BIOPHYSICAL SYSTEM
Geomorphology Hydrodynamics
habitats
Ecological Structure/functioning SOCIO-ECONOMIC SYSTEM
5
intro • è meer integrale benadering • MAAR een integrale benadering vereist ook een concept dat de verschillende onderdelen van het systeem kan linken.
6
• Sinds de invloedrijke publicatie van Bob Costanza et al. in Nature in 97 en de MA in 2005 is duidelijke geworden dat ecosysteemdiensten belangrijk zijn.
7
• Ecosysteemdiensten zijn • “De directe en indirecte bijdragen van ecosystemen aan het menselijk welzijn” (TEEB, 2010)
8
9
10
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Human well being
Functies
voedsel
Morfologie Schorren
Benefits
(Economische) waarde
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Human well being
Functies Benefits
Morfologie Schorren
landbouw grond
(Economic) Value
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Human well being
Functies
Ruwe materialen: Platform voor constructies
Benefits
(Economic) Value
Morfologie Schorren Slikken
€ Industrie/haven gebied
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Human well being
Functies
voedsel
Geulen Morfologie
Benefits
(Economic) Value
Ecosystemen en biodiversiteit
Structuren ae processen
Human well being
Functions
geulen Morfologie
Benefits
(Economic) Value
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
?
Functies
Human well being
Benefits
Morfologie
Dissipation of Tidal energy
(Economic) Value
Veranderingen in getij amplitude in de Schelde: 1900-2008
Verandering in getij amplitude in de Elbe
Verandering in getij amplitude in de Weser
Tidal damping/amplification
+ amplification
– damping
20
Damping Amplification
Habitats en het vertikaal getij (tidal range)
Effect van het Verdronken land van Saeftinge op de hoogwaters E.g. Effect of Saeftinghe marsh ~2500 ha
2D hydrodyn. model Blue line = ref. 2009
Sven Smolders in prep
Kern boodschap 1 • Getijdoordringing is significant toegenomen • Overstromingsrisico’s zijn toegenomen • Habitat verlies/wijziging heeft een significant effect op de getij doordringing - Intergetijden gebieden en ondiep subtidale zijn cruciale habitats.
• Veranderingen in getijkarakteristieken zijn de drijvende krachten achter de ontwikkeling van het estuarium 23
• In herstelprojecten zoals ontpoldering of rivierwinning, moet de focus dan ook meer en meer liggen op de impact op getijkarakteristieken ipv enkel op structurele biodiversiteit, zonder afbreuk van dat laatste • Dit moet een belangrijk element zijn in compensatiemaatregelen en instandhoudingsdoelen, immers dat bepaald mee de goede staat van instandhouding! 24
Kennishiaat • De link tussen habitats en getijkarakteristieken is nog onvoldoende gekend
25
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Human well being
Functies Benefits
geulen Morfologie schorren slikken/platen
Dissipatie van golfenergie
(Economic) Value
Golfhoogte (m)
Afstand van schorrand (m)
27 27
28
Shifts between stable states ?
velocity↓ sedimentation↑
Vegetated Marshes (high-lying) Bare Flats (low-lying) velocity↑ Sedimentation↓
29
Methods False-color aerial photographs
dGPS
Sedimentation-ErosionBars • • •
GIS-based classification, 2008 - 2012
Marsh edge tracing, 1x per year
10 points per 2 m bar 1st measurement = reference zero High precision surface change records (± 1 mm)
Monthly monitoring of 10 transects
Yearly expansion Tidal Marsh at Bath/Rilland A yearly net marsh expansion was observed at all transects from 2011 to 2013.
PhD Alexandra Silinski
Schorontwikkeling
32
Kernboodschap 2 • Schorren reduceren de golfwerking en hebben zo een beschermende werking voor de dijken • Schorren vormen een buffer voor water tijdens stormtijen
33
kennishiaat • De thresholds die de overgang tussen schorvorming en erosie bepalen zijn nog niet gekend • è factoren die vorming habitats bepalen, zeker lange termijn evoluties zijn niet gekend! • è idem voor andere types habitats
34
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Morfologie
Human well being
Benefits
Functies
(Economic) Value
Water for navigation
Dissipation of Tidal energy
Water quality regulation
Primaire productie Biogeochemische cycli
Distance – TIDE km
Distance – TIDE km
Schelde
Primaire productie Elbe
Time (years)
Time (years)
• Chlorophyll a hoogst in zoetwater getijden gebied • In de Schelde twee maal zo hoog als in de Elbe • Chl a proxy voor voor biomassa en productie algen
Primary production Elbe
Distance – TIDE km
Distance – TIDE km
Scheldt
Time (years)
FW1 &FW2
FW3
Time (years)
FW1 &FW2
BOD (mg/l)
0
5
10
15
Elbe
FW1
FW2
FW3
Gemiddelde diepte van Schelde en Elbe Thalweg diepte
Cross section gemiddelde diepte
Zp
Zm
Lichtklimaat hangt mee af van morfologie zeuph/zmix ratio > 1/6 ? 0,6 0,5 0,4 yearly
0,3
summer winter
0,2
algal bloom
0,1 0 FW1 FW2 FW3 O Elbe
M
P FW1 FW2 O Weser
M
P FW1 FW2 O Scheldt
M
P FW1 O
M
Humber
P
Algal die off in FW3
mineralization DO loss!
NH4+
nitrification
NO3-
DO loss!
Distance – TIDE km
FW3
Euphotic depth/mixing depth ratio
0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 yearly
Time (years)
20
40
summer
60
80
100 120 140 160
winter
algal bloom
42
Improving oxygen conditions
Figuur 2.9: Zomer- en jaargemiddelde chl a waarden in het zoete (km 103-151)
From net oxygen consumption to net oxygen production P/R based on oxygen balance Net oxygen consumption with high ammonia inputs Net oxygen production with low ammonia inputs Alternative stable states with intermediate ammonia inputs
Cox et al. Biogeosciences, 6, 2935–2948, 2009
Trophic functioning in the pelagic system
Grazing foodchain
hyperbenthos fish (meso) zooplankton rotifers
SPM phyto
microbial loop
detritus
ciliates HNF bacteria
Abundance (x100 ind.m-3)
Brackish water
40 35 30 25 20 15 10 5 0
Years
Abundance (x100 ind.m-3)
Calanoïds
Cyclopoïds
Cladocerans
Freshwater
135 120 105 90 75 60 45 30 15 0 Years
Eurytemora affinis % copepods
Eurytemora affinis (calanoid) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Years
Freshwater Mean
Brackish water Mean
(Mialet et al.2011, Chambord et al., in preparation )
Kernboodschap 3 • Waterkwaliteit (zuurstof, primaire productie) wordt mede door morfologie bepaald • Ook in het pelagiaal komen regimeshifts voor • Fyto en zooplankton vertonen belangrijke evoluties maar zijn zeer slecht begrepen.
48
kennishiaat Primaire productie is een bijzonder belangrijk proces dat mede de waterkwaliteit in belangrijke mate bepaalt en de basis is voor de voedselketen maar is bijzonder slecht gekend. • Wat is de primaire productie • Wat is impact van morfologie, residence time,
49
kennishiaat Impact van zooplankton als cruciale schakel tussen primaire productie en hogere trofische niveaus is bijzonder slecht gekend. • Wat bepaalt zooplankton populaties • Wat is hun rol in het controleren van primaire productie (en mogelijks vermijden van plankton blooms? )
50
Ecosystemen en biodiversiteit Structuren en processen
Morfologie
Human well being
Benefits
Functies
(Economic) Value
Water for navigation
Dissipation of Tidal energy
Water quality regulation
Primaire productie Biogeochemische cycli
Distance (TIDE-km)
Filterfunctie voor nutriënten
Time (years)
52
Nutrients • Filter function for e.g. nutrients one of the most valuable ESS With recent improvements of water quality the the processes in the sediment gain in importance
Again morphology appears to be able to change the functioning of the estuary (filter function for N decreases)
Intertidal habitat!
Geometry of the estuary!
Rol habitats als sink/source
Uitwisseling van water & sediment
54
N retentie in een schor NITROGEN RETENTION
1/10/2007
0
5/06/2007
5 4/06/2007
20000 21/03/2007
10
20/03/2007
40000
25/10/2006
15
11/09/2006
60000
3/07/2006
20 TDIN(kg)
N retention
80000
16/05/2006
volume(m³)
tidal volume
0
Data Lippenbroek 55
Denitrificatie: compilatie van gegevens
56
Kernboodschap 4 • Slikken en schorren spelen een enorm belangrijke rol in de nutriëntenflux en zijn een sink voor N en P en een bron voor Si • Ze zijn daarom erg belangrijk in de regulering van waterkwaliteit • è HABITATS VERVULLEN ERG VEEL FUNCTIES EN LEVEREN VEEL ECOSYSTEEMDIENSTEN 57
kennishiaat • De rol van verschillende habitats in het ecologisch functioneren is nog amper gekend è heeft belangrijke consequenties voor de design van herstelmaatregelen • è herstel van biodiversiteit versus herstel van functies
58
Wat me zoetwater?
59
Zoutgradient
Aantal dagen per debietsklasse 40
30
20
10
0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 29/12/2007
29/12/2006
29/12/2005
29/12/2004
30/12/2003
30/12/2002
30/12/2001
30/12/2000
31/12/1999
31/12/1998
31/12/1997
31/12/1996
1/01/1996
Afvoer (m3.s-1) 450
400
61
350
300
250 Gemiddeld
200 Maximum
150 Minimum
100
50
0
-50
60
50
5
4
3
2
1
0
350
250
?
200
y = -1.7997x + 183.59 R2 = 0.6202
150 100 50 0 10
20
30
40
0.25 60
50
Q (Melle) [m3/s]
0.2 0.15 0.1
y = 0.0027x + 0.056 R2 = 0.579
0.05
?
0 0
10
20
30
40
50
60
Q (Melle) [m 3/s] 90
80 % Diatomeeën
0
DSi [mmol Si/m3]
Chl a [mug/l]
300
Dendermonde 70
St-Onolfs Appels
60
50 4
5
6
7 Maand
8
9
62
Fresh water discharge
Kernboodschap 5 • De zoetwaterdebieten spelen een bijzonder belangrijke rol, zeker in de opwaartse delen van het estuarium
64
kennishiaat • Er zijn geen criteria voor een minimum debiet naar een estuarium te bepalen
65
Wat met biodiversitiet?
66
Van den Bergh et al, 2010
67
Birds • Clear decrease • Local or general? Stucker et al, 2010
kennishiaat • Patronen in voorkomen van vogels zijn redelijk goed beschreven, maar niet altijd goed begrepen. • è toch lijkt me dit minder belangrijk als kennishiaat
68
Ecosystems and biodiversity Structures and processes
Human well being
Benefits
Functions
Ecosystem services Morphology
Water for navigation
Dissipation of Tidal energy
Water quality regulation
(Economic) Value
Ecosystems and biodiversity Structures and processes
Human well being
Benefits
Functions
Ecosystem services Morphology
Water for navigation
Dissipation of Tidal energy
Water quality regulation
(Economic) Value
Welk habitat levert wat?
Kernboodschap 6 • Het ecosysteem levert een hele reeks ecosysteemdiensten - Habitats en soorten spelen hierin een cruciale rol
• Het verlies aan habitats heeft onherroepelijk geleid tot het verlies van ecosysteemdiensten. • Een verlies van ecosysteemdiensten heeft direct EN indirect maatschappelijke en economische gevolgen
72
• Een aantal zijn gecompenseerd door infrastructuurwerken (vaak tegen hoge kost), maar velen niet en leiden tot directe verliezen (bv visserij) of problemen op lange termijn (bv verlies filterfunctie en export van nutriënten/polluenten) • Het is cruciaal om de problemen te vertalen in een demand for ES
73
kennishiaat • è goede kwantificering van ES • Begrijpen van thresholds en interacties tussen ES è bundles of ES
74
Rethinking the ES cascade
Figure: New proposed conceptual framework for ES based on the ES cascade from Potschin & Haines-Young (2011)
Illustratie
Hertogin Hedwige-Prosperpolder ontpolderingsproject Voordelig voor de samenleving?
Baten en verliezen van het project Landbouw: -450 ha Slikken: +275 ha Schorren: +190 ha
20
Miljoen €/jaar
15
10
5
-
Min. -5
Max.
Cultural Platform-Living Cultural Platform-Building Cultural Aesthetics-Visual intrusion Cultural Cognitive development-Excusion Cultural Recreation-dike Water quality Aeration Water quality P-burial Water quality N-N2O-emission Water quality N-NH3-NH4-emission Water quality N-denitrification Water quality N-burial Climate CH4-emission Climate CO2-emission Climate Carbon burial Sedimentation and erosion Soil erosion Sedimentation and erosion Sedimentation Disturbance Flood prevention Air quality PM10 Verlies landbouw en huizen Air quality PM2,5 gecompenseerd (totale investeringskost) Food Eatable salty plants Food Livestock Food Agricultural crops
Kernboodschap 7 • Natuurherstelmaatregelen zijn niet alleen ecologisch een meer winst maar door de levering van ecosysteemdiensten ook economisch rendabel • Dit werd ook reeds aangetoond door de kosten-baten analyse voor het geactualiseerde Sigmaplan
78
kennishiaat • Een goede afweging vereist: - Een goede kwantificering van de ES - Een goede economische valuatie
79
Conclusies • Estuariene ecosystemen leveren heel wat ecosysteemdiensten • Verlies aan habitats betekent verlies aan ecosysteemdiensten • Verlies aan ecosysteemdiensten betekent een economisch verlies
80
• Estuariene herstelmaatregelen moeten niet alleen gericht zijn op het herstel en behoud van de biodiversiteit maar ook op het herstel van de ecosysteemdiensten • Dit moet leiden tot het mitigeren van negatieve trends • Ecologisch herstel is dan duidelijk ook een economisch verantwoorde en rendabele investering 81
• Inzicht in de levering van ecosysteemdiensten leert dat investeren in het herstel van het estuariene systeem de basis is voor een duurzaam economisch gebruik van het systeem • Dit vereist dat doelen ook breed moeten gedefinieerd worden, ook voor ES!
82
• Een goede systeemmonitoring is essentieel als basis om de ontwikkeling van het systeem te beschrijven, te begrijpen en de processen te kwantificeren als basis voor een goed beheer
83
84
Ecosystem services Nature
Harbour
Ecosystem Ecology Economy services
85
• Meer lezen?
86
Thanks for your attention
