Het fynbos-struikgebied bewapent zijn zeer dunne wortels in de race om voedingsstoffen op te zuigen
Het fynbos-struikgebied (achtergrond) in Zuid-Afrika gaat abrupt over in weelderig bos (voorgrond), een impasse die wordt onderhouden door het ultradunne wortelstelsel van het fynbos.
Sommige plantenwortels trekken een streep in het zand – letterlijk.
In Zuid-Afrika beweeg je je in één stap tussen koel, groen bos en zonovergoten struikgewas. Deze nauwe grenzen tussen dramatisch verschillende ecosystemen worden in stand gehouden door intense concurrentie tussen de wortels van planten, suggereert nieuw onderzoek.
Fynbos – een soort soortenrijk struikgewas dat alleen in het uiterste zuiden van Afrika te vinden is – heeft veruit de dunste wortels van elke plantengemeenschap ter wereld, rapporteren onderzoekers in de 1 maart Proceedings van de National Academy of Sciences. Deze voedselverslindende wortels, plus enkele vuurstimulerende aanpassingen, helpen het fynbos om te vormen tot een sober rijk waar alleen fynbos-planten kunnen overleven.
Geïnteresseerd in welke factoren de natuur op zeer brede schaal organiseren, wilden ecoloog Lars Hedin en zijn collega’s kijken naar plaatsen waar veranderingen in het milieu in de loop van de tijd het ecosysteem tussen twee verschillende staten kunnen doen veranderen.
Betreed het fynbos. Het is een lage, struikachtige habitat met een verbluffende plantendiversiteit: meer dan 7.000 soorten, waarvan de meeste nergens anders ter wereld te vinden zijn (SN: 24-8-2004).
“Het is een van de meest floristisch biodiverse systemen ter wereld”, zegt Hedin van de Princeton University. “Het is in wezen zo divers als een tropisch bos.”
Maar direct naast dit hete, met bloemen gevulde wonderland – met hetzelfde klimaat en de onderliggende geologische samenstelling – ligt het weelderige Afro-gematigde bos, bloeiend met hoge bomen en mos, maar over het algemeen minder soorten.
“De grens is zo scherp als een meter. Het is als een binaire, nul-naar-één overgang’, zegt medeauteur van het onderzoek Mingzhen Lu, een ecoloog aan het Santa Fe Institute in New Mexico. Dit is veel smaller dan de overgangszone tussen savanne en tropisch regenwoud, zegt hij, die zich over vele kilometers kan voordoen.
Om te onderzoeken wat ten grondslag ligt aan deze scherpe grenzen, vergeleek het team wortelmonsters van zowel fynbos als bossystemen. Ze voerden ook transplantatie-experimenten uit, verplaatsten Afro-gematigde bosplanten naar het fynbos en volgden hun groei gedurende vier jaar. De onderzoekers hielden fynbos-plantenwortels uit de buurt van de transplantaties en manipuleerden de nutriëntenniveaus in sommige percelen om beperkende factoren voor de bosplanten aan het licht te brengen.
Wanneer ze uit de buurt van fynbos-wortels werden gehouden of meer stikstof kregen, groeiden bosbomen vijf keer zo snel als bomen die concurrentie of voedingsachterstand ondervonden, ontdekte het team. Dat suggereert dat de fynbos-planten binnendringende planten weghouden door de toegang tot voedingsstoffen te monopoliseren.
Onder de oppervlakte wordt het verhaal nog duidelijker. De fynbos-planten hebben lange, dunne wortels die werken als raketten die voedsel zoeken en door de grond kronkelen waar andere wortels niet kunnen komen.
“Dat is een concurrentievoordeel”, zegt Hedin. “Dat is een ondergronds wapen.”
De mediane dikte van de wortelpunt in de fynbos-plantengemeenschap is ongeveer 0,1 millimeter, of ongeveer een kwart tot de helft van de dikte van enig ander wortelstelsel ter wereld. “De dikste fynboswortels zijn nog steeds dunner dan de dunste [Afro-temperate] boswortels”, zegt Lu.
Vergeleken met de bosplanten zijn fynboswortels ook 10 keer zo lang. Een gram wortelweefsel van sommige fynbosplanten – ongeveer de massa van een punaise – kan zich uitstrekken over 15 voetbalveldlengtes.
De onderzoekers denken dat het fynbos voor elke nonfynbos-plant “voedingsproblemen” creëert, waardoor de grond rond het fynbos voedselarm wordt met hun hyperefficiënte wortels. Ook is een groot deel van de fynbos-struiken en -grassen licht ontvlambaar, waardoor het ecosysteem vatbaar is voor bijzonder hevige branden. De vuren branden zo heet dat ze bodemstikstof in de lucht vervluchtigen en die voedingsstoffen ook uit het gebied verwijderen. In plaats van hun omgeving te manipuleren om de nutriëntenniveaus te verbeteren, doen de planten misschien het tegenovergestelde – de toevoer van voedingsstoffen saboteren – om zichzelf de overhand te geven tegen mogelijke aanvallers.
‘Je kunt proberen binnen te vallen, je maakt geen schijn van kans’, zegt Hedin.
De grenzen van het fynbos-bos wankelen door de jaren heen tussen vuurcycli, waarbij het natte bos de vlammen grotendeels afstoot en het fynbos uiteindelijk indringers uitdrijft.
Een lang overheersend idee over grote ecologische gemeenschappen, zegt Hedin, is dat ze grotendeels worden aangedreven door niet-levende factoren, zoals klimaat, topografie en geologie, waar organismen zich aanpassen aan lokale omstandigheden. Maar in dit geval – en misschien andere – komen “alternatieve stabiele toestanden” voort uit een oorlog tussen organismen.
De bevindingen laten zien hoe stukjes van deze puzzel – vuur, planteigenschappen boven en onder de grond en feedback tussen bodem en plant, om te beginnen – de processen achter het creëren en onderhouden van de twee naast elkaar bestaande vegetatiezones verlichten, zegt Gerlinde de Deyn, een bodemecoloog. bij Wageningen University & Research in Nederland niet betrokken bij het onderzoek.
De dunheid van de fynbos-planten is “opvallend”, zegt de Deyn, maar de rol van wortelgeassocieerde schimmels in het ecosysteem moet worden aangepakt. Deze schimmels zijn normaal gesproken sterk betrokken bij de kringloop van voedingsstoffen in de bodem en kunnen bijdragen aan de efficiënte opname van voedingsstoffen door de wortels, in plaats van dat de wortels het allemaal zelf doen.
In het fynbos kunnen ook lessen worden geleerd over hoe worteleigenschappen de verspreiding van invasieve planten helpen of belemmeren, zegt Lu.
