Doel van het project PLONS

De Nederlandse sloten: waardevolle ecosystemen !
Sloten zijn gegraven watergangen ten dienste van landbouw en waterhuishouding. De honderdduizenden kilometers sloot die Nederland rijk is worden veelal als louter hydrologische infrastructuur gezien. Wateraanvoer en -afvoer is natuurlijk essentieel maar de natuurwaarde en de reinigende werking die slootecosystemen kunnen hebben, zijn ook van groot belang. Sloten dragen veel bij aan de biodiversiteit van agrarische landschappen (Painter, 1999). Er komen hoge aantallen macrofyten en macrofaunasoorten voor. Een biodiversiteit die bovendien erg karakteristiek is voor ons landschap. Mondiaal gezien is dit soort landschap zeldzaam, en daarom belangrijk (Verdonschot et al., 1997). Door intensief landgebruik worden sloten belast met verontreinigende stoffen. Tegelijk vinden in sloten allerlei (bio)chemische processen plaats, zoals opbouw en afbraak van organisch materiaal, omzetting van nutriënten zoals denitrificatie, etc.. In een sloot vindt hierdoor zelfreiniging plaats. Niet alleen zuurstofbindende stoffen worden verwijderd, maar ook nutriënten als P en N worden voor een deel afgebroken en verdwijnen uit het systeem. De voedselrijkdom kan plaatselijk worden verlaagd, maar ook de eutrofiëringeffecten in meer benedenstrooms gelegen waterssytemen verminderen hierdoor. Doordat er zoveel sloten zijn is dit een belangrijk aspect. Ook het belevingsaspect van de slootnatuurwaarde is fors. We hebben naar schatting 20 meter sloot per Nederlander, en menig kind dankt een deel van zijn liefde voor de natuur aan schepnet tochten langs sloten. Sloten worden vaak semi-natuurlijk genoemd omdat ze ontstaan zijn en behouden blijven door landbouwpraktijken en bijbehorende beheersmaatregelen. In sloten treedt voortdurend verlanding op. Zonder beheer (schonen en/of baggeren) zou een sloot verdwijnen. Verlanding is een gevolg van successie van plantengemeenschappen. Voedselrijkdom en dimensies bepalen de snelheid waarmee verlanding optreedt en dus ook de regelmaat waarmee beheer uitgevoerd moet worden om dichtgroeien tegen te gaan. Na het schonen van een sloot begint de ontwikkeling van de vegetatie weer van voren af aan. Pionierssoorten vestigen zich en worden later vervangen door andere soorten. De methode en frequentie van beheer zijn van grote invloed op de biodiversiteit in sloten. Bovendien zal ook het zelfreinigend vermogen, dat afhankelijk is van de aanwezige planten en dieren door het beheer beïnvloed worden.

Centrale plaats van watervegetaties
Sloten worden gekenmerkt door de aanwezigheid van watervegetaties. De aanwezigheid van waterplanten heeft grote implicaties voor een sloot als ecosysteem. Planten nemen voedingsstoffen op die omgezet worden in biomassa. De aanwezigheid van waterplanten vergroot de diversiteit aan habitats in sloten voor andere organismen zoals de ongewervelde zoetwaterdieren (macro-evertebraten), amfibieën, reptielen, en vissen. Diverse onderzoeken hebben aangetoond dat de structuur van de vegetatie sterk bepalend is voor de aanwezige diversiteit van onder andere macro-evertebraten, amfibieën, reptielen en vissen. Ook de belangrijke rol van watervegetaties in de zuurstofdynamiek is bekend, evenals het belang van watervegetaties bij het zelfreinigingsproces. Echter van dit laatste aspect zijn de mechanismen slechts ten dele onderzocht en begrepen, en de processen zijn slechts in zeer beperkte mate gekwantificeerd..Hierdoor is het vertalen van beheersopties naar effecten op de nutriëntenhuishouding lastig te maken. Kenmerkend voor sloten met een goede ecologische kwaliteit is de grote diversiteit aan waterplanten en waterdieren. Verslechtering in fysische en chemische omstandigheden leidt ertoe dat veranderingen optreden in de samenstellingstelling van de watervegetatie. De gevarieerde watervegetatie wordt vervangen door een vegetatie die gekenmerkt wordt door dominantie van waterpest en bij nog verdergaande verslechtering van de kwaliteit blijft een dicht dek van kroos over. Nog verdere verslechtering van de kwaliteit van het slootecosysteem kan leiden tot sloten zonder enige vegetatie. Vooralsnog wordt deze laatste binnen het huidige voorstel buiten beschouwing gelaten. Hoewel er in de literatuur sterke aanwijzingen zijn dat verrijking van sloten met nutriënten één van de belangrijkste factoren is voor de hiervoor beschreven overgangen, spelen andere factoren mogelijk ook een rol.

De waterkwaliteit en vooral de voedselrijkdom bepaalt in eerste instantie welk type levensgemeenschap (welke soorten) in de sloot voorkomt. Een hogere voedselrijkdom heeft al gauw een afname van het aantal soorten tot gevolg. Maar voedselrijkdom is ook van belang voor het zelfreinigend vermogen daar een groter aanbod van nutriënten het zelfreinigend vermogen zal beïnvloeden. Het is echter wel de vraag of onder die omstandigheden eenzelfde deel van de nutriënten weggenomen wordt. Ook het beheer is sterk afhankelijk van de voedselrijkdom want als er veel voedsel aanwezig is zal de vegetatie sneller groeien waardoor een hogere onderhoudsfrequentie nodig is. Na het onderhoud zal de voedselrijkdom ook bepalen welke vegetatie terugkeert. Kortom allerlei processen in sloten zijn sterk afhankelijk van de voedselrijkdom. De Europese kaderrichtlijn water gaat ons verplichten om een bepaalde ecologische kwaliteit in onze oppervlaktewateren te realiseren. Het is nog lang niet zeker wat het 'gewenst ecologisch potentieel (GEP)' van sloten zal worden. Echter, gezien het karakter van gezonde slootecosystemen ligt het voor de hand dat de aanwezige waterplantenvegetatie een centrale factor zal zijn. Voor het toekomstige beheer van sloten wordt het daarom van cruciaal belang beter te begrijpen hoe de vegetatiestructuur en daarmee de ecologische toestand kan worden gestuurd.

Zelfreinigende werking van sloten: onderbelicht facet
De diffuse belasting van het oppervlaktewater met verontreinigingen in landbouwgebieden blijft één van de moeilijkst op te lossen waterkwaliteitsproblemen in Nederland. Vrijwel al dat verontreinigde water wordt afgevoerd door het haarvatstelsel van slootjes dat in totaal de indrukwekkende geschatte lengte van 275.000 km heeft. Al eerder hebben we het belang aangegeven van uitgebreid onderzoek naar de reinigende werking van dat natuurlijke zuiveringssysteem, en hoe dit geoptimaliseerd kan worden.. Er valt daarbij te denken aan drie categorieën van verontreiniging: nutriënten, bestrijdingsmiddelen en bacteriën. Van de lotgevallen van nutriënten is de aandacht vooral gericht op stikstof en fosfor. Via denitrificatie verdwijnt stikstof permanent het watersysteem. Voorstudies suggereren inmiddels dat zo’n 50% van de stikstof-belasting uit agrarische gebieden in sloten wordt verwijderd, maar dat die denitrificatie sterk wisselt van geval tot geval. Dit heeft ondermeer te maken met de subtiele variatie in tijd en in ruimte van de zuurstofhuishouding, aanwezigheid van nitraat en organische stof, die op haar beurt weer afhangen van de structuur van vegetatie, van aanwezige perifytonlagen en van de aanwezige fauna. De laatste paar jaar is een aantal essentiële nieuwe technieken beschikbaar gekomen gericht op het meten van de denitrificatie. Vooral het in situ meten van denitrificatie (in de sloot zelf) is een belangrijke ontwikkeling, naast de laboratoriumexperimenten. Dit gebeurt door een stukje sloot onder een stolp te zetten, stabiele N-isotopen toe te voegen en in een paar uur het systeem door te meten. Ook kan m.b.v. MIMS-techniek de hoeveelheid stikstofgas die bij denitrificatie ontstaat nauwkeurig worden gemeten. Anderzijds, kan de mate van denitrificatie over een langere periode afgeleid worden uit de natuurlijke isotopen samenstelling van slootorganismen. Dat heeft, net als biologische waterbeoordeling, als bijkomend voordeel dat kortdurende dynamiek wordt omzeild doordat de organismen de processen over langere tijd representeren.

Onderhoud en beheer
Sloten zijn door de mens aangelegde systemen die zonder gericht onderhoud en beheer zich zullen ontwikkelen tot terrestrische systemen. Diverse studies zijn in der loop der tijd verricht naar de invloed van het gevoerde schonings- en baggerbeheer op de ecologische kwaliteit. Hoewel de uitkomsten van die studies soms tegenstrijdig zijn, komt als grote lijn toch wel naar voren dat baggeren en schonen een forse invloed kunnen hebben maar ook dat de achterliggende mechanismen onopgehelderd blijven (Peeters & Scheffer 2004). Om inrichting en beheer effectief in te kunnen zetten ter verbetering van de biodiversiteit en daarmee samenhangend de ecologische kwaliteit is meer kennis nodig over het functioneren van sloten en over de effecten van de ingrepen en de daarbij behorende achterliggende mechanismen. Uit de literatuurstudie van Peeters & Scheffer (2004) bleek dat kennis ontbreekt over diverse aspecten van schonen en baggeren. De huidige praktijk van het (schonings)beheer lijkt meer en meer gericht op het zo min mogelijk verstoren van slootecosystemen met de gedachte erachter dat dit beter is voor de natuur. Echter, in de literatuur zijn aanwijzingen te vinden dat hogere diversiteiten doorgaans voorkomen bij een intermediare verstoringsfrequentie. Deze theorie, de ‘optimal disturbance theory’ (Huston 1979; Sheil & Burslem 2003), suggereert dat biodiversiteit maximaal is bij een niet te grote maar ook niet te kleine verstoring . Bij te weinig verstoring worden veel soorten weggeconcurreerd door enkele dominante soorten terwijl bij te veel verstoring de meeste soorten gewoon het loodje leggen. Om effecten van verschillen in verstoring in een relatief korte periode van een aantal jaren te kunnen onderzoeken, wordt het zinvol geacht om het onderzoek vooral te richten op effecten van schonen (dat doorgaans jaarlijks plaatsvindt) en met name de schoningsfrequentie en niet op baggeren (dat doorgaans eens in de 5 à 10 jaar plaatsvindt). De aandacht van onderzoeken naar effecten van schonen zijn vooral gericht geweest op de “natuurvriendelijkheid” van het schonen. Het algemeen heersende paradigma lijkt daarbij te zijn dat minimalisatie van de verstoring bij schonen het meest “natuurvriendelijk” is. Echter, dit lijkt niet te stroken met voornoemde ‘optimal disturbance theory’. Waar het optimum van de verstoring ligt, lijkt in belangrijke mate afhankelijk te zijn van de groeisnelheid van de organismen. Die afhankelijkheid van de groeisnelheid betekent in het algemeen dat voedselarme milieus gebaat zijn met minder verstoring dan voedselrijke milieus. In het ecosysteem sloten wordt de zaak gecompliceerd doordat de groepen organismen zeer verschillende groeisnelheden kennen waardoor de optimale verstoring wel eens zou kunnen verschillen, de diversiteit van fauna (één groep) sterk beïnvloed wordt door de structuur van de vegetatie (de andere groep) en de vegetatiestructuur kan omslaan naar een ander evenwicht. Door deze complexiteit is het onderzoek interessant en fundamenteel vernieuwend.

PLONS: een onderzoekstweeluik
Het voorgestelde onderzoek moet leiden tot meer inzicht in de fundamentele processen en mechanismen die een rol spelen bij het functioneren van sloten en daarmee handreikingen opleveren voor een beter uitgebalanceerd beheer. Beheer dat naast aandacht voor watervoerend vermogen en veiligheid, ook gericht is op het vergroten van enkele belangrijke nevenfuncties van sloten zoals biodiversiteit en zelfreinigend vermogen. Vanwege het accent op het vergroten van de fundamentele kennis en het achterhalen van de mechanismen is het onderzoek als zodanig risicovol: de te verwachten uitkomsten zijn niet bij voorbaat vast te stellen, het onderzoek kent geen garantie op succes en in hoeverre het onderzoek meteen in de praktijk toepasbare methoden oplevert is ongewis. In het onderzoek wordt verondersteld dat nutriëntengehalten en gevoerd onderhoud en beheer in belangrijke mate van invloed zijn op het aan te treffen vegetatietype en dat het vegetatietype sturend is voor de aan te treffen biodiversiteit en het zelfreinigend vermogen (figuur 2). Voorts wordt verondersteld dat bij kritische nutriëntenconcentraties omslagen plaatsvinden van rijke en gevarieerde levensgemeenschappen naar waterpest gedomineerde gemeenschappen en van waterpest- naar kroosgedomineerde gemeenschappen.

Om de centrale vragen afdoende te kunnen beantwoorden wordt het onderzoeksproject opgedeeld in de twee AIO projecten met ieder hun eigen speerpunt:
* Het effect van levensgemeenschappen op de zelfreinigende werking van sloten (Zelfreiniging).
* Het effect van beheer op de ecologische kwaliteit van sloten (Beheer).
De twee projecten hangen zeer nauw met elkaar samen. Die samenhang betreft zowel inhoudelijke aspecten als ook de samenwerking op het vlak van veldinventarisaties en experimenten. Beide projecten starten vanuit dezelfde centrale hypothese en er bestaan de nodige inhoudelijke dwarsverbanden. Het project ’Zelfreiniging’ onderzoekt hoe en in welke mate zelfreiniging afhankelijk is van het type levensgemeenschap in de sloot. Verwacht wordt dat een ander vegetatietype leidt tot veranderingen in diverse biochemische processen. Het type levensgemeenschap en daarmee samenhangend dus ook het zelfreinigend vermogen is mede afhankelijk van het gevoerde beheer. In het tweede project ‘Beheer’ wordt aandacht besteed aan de relatie tussen de methode en frequentie van beheer en de voorkomende vegetatie in de sloot. Hierbij gaat het vooral om omslagen van kroos gedomineerde naar waterpest/hoornblad gedomineerde vegetatie en naar gevarieerde vegetaties. Vanzelfsprekend is dit ook weer af van de heersende waterkwaliteit. De relatie tussen de vegetatietypen en de overige biodiversiteit zoals macrofauna komt in beperkte mate in het project ‘Beheer’ aan bod. Op deze wijze kunnen de effecten van beheer weer doorvertaald worden naar de algehele biodiversiteit in de sloot. Het zal duidelijk zijn dat de waterkwaliteit en vooral de voedselrijkdom voor alle twee de aspecten van groot belang is. De voedselrijkdom bepaalt ten eerste welk type levensgemeenschap (welke soorten) in de sloot voorkomen. Een hoge voedselrijkdom heeft al gauw een afname van het aantal soorten tot gevolg. Maar voedselrijkdom is ook van groot belang voor het zelfreinigend vermogen. Ook het beheer is sterk afhankelijk van de voedselrijkdom. Als er veel voedsel aanwezig is, zal de vegetatie sneller groeien waardoor een hogere beheersfrequentie nodig is. Na beheer zal de voedselrijkdom ook bepalen welke vegetatie terugkeert. Kortom alle processen in sloten zijn sterk afhankelijk van de voedselrijkdom. Dit zal dan ook een belangrijke rol spelen in de twee PLONS projecten.