Radboud Universiteit Nijmegen


Phytotron Nijmegen onthult het geheime leven der planten

We weten bijna alles over het bovengrondse leven van planten, maar wat zich in de bodem afspeelt, is grotendeels onbekend. Terwijl de wortel toch bepalend is voor hoe de plant zich ontwikkelt. In het Phytotron van de Radboud Universiteit Nijmegen bestuderen ecologen het geheime leven van planten. Zo doen ze kennis op die van belang is voor onder meer voedselproductie en het behoud van bepaalde landschapselementen.

Het Nijmeegse Phytotron ging in juni 2006 van start. Deze zomer worden de eerste proeven geoogst, en nieuwe ingezet. Ze moeten antwoord geven op de volgende vragen:
* Hoe kan koolzaad het best overleven bij waterschaarste?
* Hoe ontwikkelen graslandplanten zich in verschillende omgevingen en onderlinge verhoudingen?
* Welke rol speelt de zuurstofafgifte van laagveenplantjes bij de afbraak van het veen?

Het Phytotron is een langwerpige, circa 45 strekkende meter lange halfopen kas achter het Huygensgebouw op het Toernooiveld, met een totale oppervlakte van ruim 400 vierkante meter. De temperatuur is er vrijwel gelijk aan die van buiten. Dat is belangrijk omdat er proeven gedaan worden onder omstandigheden zoals die in de natuur voorkomen. Bij de ingang van de kas hangen aan weerskanten takels en liften, belangrijke hulpmiddelen om de zware rechthoekige kweekbakken (anderhalf bij een meter en 75 centimeter diep) te transporteren, te legen en te vullen. Geen overbodige luxe: een gevulde bak weegt al gauw zo'n 1000 kilo. En in één bak groeit soms wel 100 kilometer wortel.

Aan weerszijden van de lange wanden staan rechthoekige kweekbakken met planten in uiteenlopende samenstellingen en groeistadia. De grote bakken staan op twee doorlopende plateaus, zodat onderzoekers er makkelijk kunnen werken. Waterdosering en -afgifte verloopt computergestuurd. De bakken hebben aan de voorzijde ronde openingen voor de scanners die de wortelgroei registreren. In de aarde geplaatste vochtsensoren en zuurstofmeters leveren aanvullende meetgegevens.

Uniek lab
Het Phytotron is uniek vanwege de combinatie van techniek en logistiek. Prof. Hans de Kroon, hoogleraar Experimentele Plantenecologie en hoofd van het Phytotron: 'We doen onderzoek naar planteneigenschappen van het niveau van de genen tot het gehele ecosysteem, van klein tot groot dus. Deze opstelling met grote bakken, het kunnen uitvoeren van onderzoek in alle seizoenen, het blootstellen van planten aan alle mogelijke condities in een semi-natuurlijke omgeving, het kunnen vastleggen wat ondergronds gebeurt, en vaststellen welke eigenschappen daarmee te maken hebben, dat is uniek.'

Veel van het onderzoek is fundamenteel dus niet direct gericht op praktische toepassingen, maar uitzoeken hoe processen verlopen: levert een combinatie van soorten meer opbrengst op dan een homogene beplanting? Hoe draagt zuurstofafgifte van planten bij aan het inklinken van laagveen? De resultaten kunnen van belang zijn voor voedselproductie of bijdragen aan inzicht in de belangrijkste ecologische problemen van vandaag: klimaatverandering, omgevingsvervuiling en het bewaren van biodiversiteit.

De proeven van deze zomer:

Meer koolzaad voor hetzelfde water
Koolzaad is een veel voorkomend landbouwgewas in China. Twee derde van dat land kampt met droogte, juist in het gebied waar koolzaad wordt verbouwd. Het is dus belangrijk om uit te vinden hoe deze plant met weinig water toch goed en voldoende zaad kan leveren. Collega's van de China Agricultural University in Beijing riepen daarvoor de hulp in van de Nijmegenaren. Biologe Wang Jinfeng kwam naar Nijmegen om dit onderzoek mee uit te voeren.

In een aantal kweekbakken is vorig jaar oktober koolzaad gezaaid. In de groeiperiode werden de planten op verschillende manieren van water voorzien. De hoeveelheid was hetzelfde, maar het patroon van watertoediening verschilde. De eerste groep kreeg gelijkmatig water: alle vier planten in de bak werden begoten. De tweede groep werd bevloeid vanuit één centraal punt en de derde groep kreeg wisselend aan de linker- en de rechterkant water. Met de scanners is de groei van de wortels onder verschillende omstandigheden precies gevolgd. Vochtsensoren maten continu het vocht op verschillende plekken in het wortelmilieu.

De Kroon: 'We hebben gezien dat wortels van planten uitstekend in staat zijn om zich in de vochtige delen in de bodem te ontwikkelen.' De uitkomsten geven belangrijke informatie voor de manier en dosering van irrigatie van de koolgrasvelden. De Kroon: 'Natuurlijk moet dat verder worden uitgetest in grote veldproeven in China. Daarnaast: als we weten welke planteneigenschappen belangrijk zijn voor overleving en bloei onder waterschaarste kunnen we op termijn, met moleculaire technieken, samen met Wageningen Universiteit en Research Centrum, mogelijk een plant ontwikkelen waarin die eigenschappen zijn ingebracht. Maar goed - dat komt later.'

Biodiversiteit in het grasland: verschil mag er wezen Verderop in het Phytotron zijn ecologen bezig met een biodiversiteitsproef. Vier veel voorkomende planten in grasland worden daarbij onder verschillende omstandigheden gevolgd en gemeten: margriet, weegbree, reukgras en rood zwenkgras. De vraag is of de planten beter gedijen als ze met dezelfde soort bij elkaar staan of als ze door elkaar voorkomen.

Ze zijn gegroepeerd in een aantal variaties: bakken met één soort en bakken met verschillende combinaties. Hans de Kroon: 'Het lijkt er sterk op dat een gevarieerde plantensamenstelling veel meer oplevert dan soorten afzonderlijk: meer plantjes en meer zaad. De meer diverse samenstelling leidt tot meer productie. De sleutel tot dit succes zit onder de grond.'

De biodiversiteitsproef leidt niet onmiddellijk tot een toepassing of een advies aan boeren om soorten te combineren. Het gaat hier om het fundamentele werk: uitzoeken en daarmee begrijpen hoe planten het wel of niet goed in elkaars omgeving uithouden. Indirect draagt die kennis wel bij aan de zorg voor betere en rijkere ecosystemen. Omdat de verschillen in wortels van de planten niet altijd met het blote oog te zien zijn en daarom ook niet te onderscheiden op de scans, neemt men ook wortelmonsters voor DNA-onderzoek. Het genetisch materiaal is uniek en maakt de verschillen duidelijk.

Waarom het laagveen steeds lager wordt
Het jongste onderzoek in het Phytotron is dat naar veenafbraak. Nederland kampt met bodemdaling, een probleem dat veel groter is dan gedacht. Inklinking van veengebieden en afbraak van veen zijn daar mede debet aan. Dit onderzoek - een samenwerking van de plantenecologen met de aquatisch ecologen van de Radboud Universiteit - moet de processen in kaart brengen die leiden tot plantenafbraak en inklinking.

Laagveen bestaat grotendeels uit plantaardig materiaal: planten en wortels. Zoals elk organisch materiaal verteert ook het veen. Zuurstof speelt daarin een belangrijke rol. Aquatisch ecologen kijken nu hoe twee soorten laagveenplanten, een zeggesoort en een veldrus, zich ontwikkelen. De vraag is hoe deze planten de zuurstof die ze opnemen uit hun omgeving naar de wortels leiden en vandaar weer afscheiden.

Een belangrijk onderdeel van deze proef zijn periodieke analyses van het bodemwater op sulfide, stikstof en andere ingrediënten. Ook hier gaat het in eerste instantie om het verkrijgen van inzicht in hoe bepaalde processen verlopen. Weten hoe bepaalde planten met hun zuurstofafgifte bijdragen aan het sneller afbreken van laagveen legt vervolgens de weg open voor de vraag hoe zo'n proces, en daarmee de bodemdaling door veenafbraak, kan worden vertraagd of gestopt.