De invloed van hitte en droogte meten in een nat seizoen?!
De afgelopen jaren hebben we verschillende hete en droge zomers gekend die natuurlijk ook een impact hadden op de landbouwsector. Dit was voor het ‘CurieuzeNeuzen in de Tuin’ (CNIDT) team de trigger om, naast de tuinen, parken en ander openbaar groen, de impact van hittegolven en lange periodes van droogte op onze landbouw te monitoren. Maar, de zomer van 2021 werd een heel andere zomer. De aardappelen hadden in 2021 geen last van hitte- of waterstress. Op veel plaatsen was er eerder te veel dan te weinig water. De zomer van 2021 staat ondertussen bekend als de natste zomer ooit in België, hoewel er ook grote regionale verschillen waren. 2021 is een voorbeeld van hoe de klimaatverandering leidt tot extremere weerpatronen. Maar dat wil niet zeggen dat de sensoren geen interessante informatie opleverden!
In juni 2021, bij de start van het groeiseizoen, werden 500 temperatuur- en bodemvochtsensoren (ook wel gazondolken genoemd) geïnstalleerd op 295 aardappelvelden verspreid over heel Vlaanderen. In een vorige blog ging Bart Deronde, projectcoördinator van de CNIDT landbouwmetingen, al dieper in op de meteorologische waarnemingen, de metingen van de sensoren geïnstalleerd in aardappelvelden en de impact van het extreme weer op de aardappelteelt. Nu kunnen we enkele inzichten delen van de eerste analyse uitgevoerd op de sensordata.
Een nat en koud seizoen met een warme en droge start
De metingen in de landbouwvelden zijn succesvol verlopen. We hebben gegevens van 461 sensoren kunnen verwerken. De sensoren registreerden de bodemtemperatuur en bodemvocht gedurende het hele groeiseizoen. De metingen werden opgeslagen en gevisualiseerd in WatchITgrow waar ze ook gecombineerd werden met klassieke weergegevens, bodemdata en satellietbeelden.
Laten we beginnen met de resultaten van de temperatuur- en bodemvochtgegevens. Om het weer van 2021 te illustreren, hebben we twee velden uitgekozen: één in het westen en één in het oosten van Vlaanderen. In het westen kozen we een veld op een kleiige grond (Heuvelland) en in het oosten één op zandgrond (Kasterlee).
Figuur 1: Gemiddelde dagtemperaturen op een veld op kleigrond (Heuvelland) en op zandgrond (Kasterlee).
De hoogste temperaturen van de zomer van 2021 werden waargenomen in juni. De rest van de zomer was relatief koel. De sensortemperaturen volgden de temperaturen van de kale bodem, totdat het bladerdak zich sloot. Vanaf dat moment was de temperatuur onder het bladerdak lager en vaak zelfs lager dan de luchttemperatuur. Bij zandbodems was dit effect meer uitgesproken dan bij leem- en kleibodems.
De eerste twee weken van juni waren niet alleen warm, maar ook droog. De regens begonnen in de tweede helft van juni en gingen gepaard met een daling van de temperatuur. De rest van de zomer werd gekenmerkt door zware buien, waarvan de "waterbom" op 14 juli de meest opvallende was. Maar als we naar de twee velden hierboven kijken, zien we heel verschillende regen en bodemvocht patronen. Deze intense regenperiode deed zich voor in het oosten van België, terwijl het westen op dat moment een droge periode doormaakte.
Na regen registreerden de sensoren hogere bodemvochtgehaltes, zij het dat de verandering in vocht de hoeveelheden regen niet perfect volgen (zie onderstaande figuur). De hete en droge periode in juni viel samen met de ontwikkeling van het aardappelloof. Bij de analyse werden daarom twee verschillende perioden in aanmerking genomen: 10 juni - 20 juni en 1 juli - 15 augustus.
Figuur 2: Dagelijkse regenval (mm) en bodemvochtmeting (%) op een veld op kleigrond (Heuvelland) en op zandgrond (Kasterlee)
Afkoeling onder het bladerdek
De temperatuur onder het bladerdak monitoren is vernieuwend. Deze bleek gematigder te zijn in vergelijking met de temperatuur van de kale grond, wat erop kan wijzen dat de planten niet onder stress staan. Dit is echter een complexe interactie en wordt beïnvloed door de luchttemperatuur, de bodemtextuur (zandige bodems warmen gemakkelijker op, maar hebben minder water beschikbaar voor planten dan bodems met een fijnere textuur), water in de bodem en de dichtheid van het bladerdak.
Onze hypothese is dat, bij volledige sluiting van het bladerdak, een actief groeiend gewas meer kan transpireren en dus een koelend effect kan hebben. Omgekeerd kan het ook wijzen op een voldoende bodemvochtigheid om deze transpiratie mogelijk te maken. Wanneer het bladerdak minder dicht is (zoals aan het begin van het seizoen), zal de directe verdamping uit de kale bodem hoger zijn. Deze effecten zullen waarschijnlijk meer uitgesproken zijn op zandgronden, waar water makkelijker uit de grote poriën kan verdampen.
Om al deze effecten te ontrafelen, hebben we de gegevens voor beide periodes gemodelleerd:
- de voorjaarsperiode van 10-20 juni 2021 waarin het bladerdak in ontwikkeling is onder droge en hete omstandigheden
- de zomerperiode 1 juli - 15 augustus 2021 met meer gematigde omstandigheden en voldoende water
De gewasontwikkeling werd in de modellen verwerkt via de dagelijkse FAPAR (fractie van geabsorbeerde fotosynthetisch actieve straling) van het aardappelveld, verkregen via satellietbeelden. Ook de bodemtextuur, de omgevingstemperatuur en het aardappelras werden in de modellen opgenomen.
Koeling door het bladerdek onder droge en warme omstandigheden
De modellen stellen ons in staat voorspellingen te doen voor specifieke situaties. Bij elke voorspelling variëren de factoren waarin wij geïnteresseerd zijn, terwijl andere factoren ongewijzigd blijven. Door deze voorspellingen uit te zetten, krijgen we een duidelijker beeld van de invloed van de factoren die we op dat moment bestuderen. De grafiek hieronder is een voorspelling van de koeling van de bodem voor 15 juni bij een Fontane aardappelteelt uitgezet in functie van FAPAR en dit voor 3 bodemtypes (klei, zandleem, zand). Op dat moment van het seizoen hadden nog niet alle planten een gesloten bladerdek. De werkelijke FAPAR varieerde van 0,1 tot 0,9.
Figuur 3: Gemodelleerde relatie tussen FAPAR en afkoeling bodem onder Fontane aardappelloof op 15 juni, voor drie type velden.
Er blijkt een duidelijk verband tussen de afkoeling en de FAPAR, dat door het bodemtype werd beïnvloed. Het afkoelingseffect was meer uitgesproken op zandgronden waar afkoeling tot 8°C werd gemodelleerd.
De grootste afkoeling werd gevonden wanneer de FAPAR hoog is, maar de afkoeling wordt niet groter zodra de FAPAR 0,5-0,6 bereikt, terwijl er een sterk positief verband is tussen FAPAR en afkoeling bij een lagere FAPAR. We moeten er echter rekening mee houden dat slechts weinig velden in de dataset op dat moment (d.w.z. midden juni) FAPAR-waarden boven 0,5 hadden, wat tot onzekerheid bij de modellering leidt.
Koeling door het bladerdek in de zomerperiode
Voor de regenachtige zomerperiode werd een soortgelijke modellering uitgevoerd. De afkoeling in functie van de FAPAR werd gemodelleerd voor de aardappelvelden met Fontane op 15 juli (figuur 4 onderstaand). Het model gaf aan dat de afkoeling minder uitgesproken was (tussen 4 en 7 °C) in vergelijking met de droge periode in juni. Deze geringere afkoeling hield verband met de lagere luchttemperatuur in de zomer in vergelijking met de lente.
Figuur 4: Gemodelleerde relatie tussen FAPAR en afkoeling bodem onder Fontane aardappelloof in op 15 juli, voor drie type velden.
Eerste conclusies ter voorbereiding van de meetcampagne in 2022
In vergelijking met de modellering van het voorjaar (figuur 3) was de FAPAR hoger rond 15 juli en varieerde tussen 0,7 en 1. Interessant is dat we, door de overvloed aan gegevens in dit bereik, nog steeds een positieve relatie tussen FAPAR en afkoeling kunnen zien, en dat er zelfs een versterking van de relatie was bij een zeer hoge FAPAR. Dit zou een aanwijzing kunnen zijn dat zeer snel groeiende gewassen veel water verdampen en zo de atmosfeer onder het bladerdak afkoelen. Opmerkelijk is dat de afkoeling niet langer verschilde tussen de bodemtypes (d.w.z. in tegenstelling tot wat in het voorjaar werd waargenomen).
Deze resultaten geven een inkijk in het specifieke microklimaat dat heerst onder het bladerdek, hetgeen nauw samenhangt met het fysiologische gedrag van de planten. In seizoenen waarin minder water beschikbaar is, zou een gebrek aan afkoeling kunnen wijzen op de opbouw van stress in planten. Dit gaan we mogelijks ook kunnen bestuderen wanneer de zomer van 2022 droger en warmer wordt. Na een succesvolle meetcampagne in 2021 breidt CurieuzeNeuzen immers het onderzoek met een jaar uit. Met behulp van 3000 sensoren zullen we ook in 2022 de hitte en droogte in kaart brengen. 200 van deze sensoren worden opnieuw ingezet om het microklimaat op aardappelvelden op te volgen. Op die manier vergroten we onze kennis over het microklimaat waarin de planten gedijen. De 200 sensoren zullen opnieuw verbonden worden met WatchITgrow om de resultaten over beide seizoenen verder op te volgen en te analyseren.
