Onderzoekers hebben voor het eerst wereldkaarten gemaakt van arbusculaire mycorrhizaschimmels, het netwerk dat met zo'n 70 procent van de plantensoorten samenleeft. De kaarten moeten helpen om ondergrondse ecosystemen beter te beschermen nu graslanden snel verdwijnen.
Wie grasland of een akker ziet, ziet vooral wat erboven groeit. Daaronder ligt een fijn vertakt netwerk van arbusculaire mycorrhizaschimmels, dat planten van voedingsstoffen voorziet en jaarlijks naar schatting 4 miljard ton CO2 de bodem in helpt. Onderzoekers, onder wie hoogleraar E. Toby Kiers van de Vrije Universiteit Amsterdam en haar collega’s, brachten die onzichtbare infrastructuur nu in kaart op basis van meer dan 16.000 bodemmonsters. En ze staan onder druk: in landbouwgebieden is het netwerk gemiddeld de helft minder dicht, terwijl graslanden in rap tempo plaats maken voor akkers.
Een netwerk dat bijna niet te bevatten is
De draden van deze schimmels, hyfen genoemd, liggen in de bovenste bodemlaag samen over naar schatting 110 triljoen kilometer. Dat is bijna 1 miljard keer de afstand van de aarde naar de zon. Het netwerk bevat bovendien ongeveer 300 megaton koolstof, 4 tot 6 keer zoveel massa als alle levende mensen bij elkaar.
Justin Stewart, ecoloog verbonden aan de Vrije Universiteit Amsterdam (Amsterdam Institute for Life and Environment) en aan de Society for the Protection of Underground Networks, zag tijdens het onderzoek hoe dicht het web vlak onder de oppervlakte kan zijn. In een theelepel aarde kan volgens hem al tot 10 meter schimmeldraad zitten. Onder een graspol draait zo een complete transportdienst.
Goed om te weten
De kaarten zijn gemaakt per vierkante kilometer land, behalve op ijskappen en plekken waar te weinig metingen beschikbaar waren voor een betrouwbare schatting.
Planten krijgen een veel groter bereik
Ingeweven netwerk van gele schimmeldraden (hyfen) tegen zwarte achtergrond, representatief voor het ondergrondse schimmelnetwerk in de bodem. Beeld: National Geographic.
Een plant betaalt de schimmel met koolstof uit fotosynthese. Daarvoor terug krijgt de plant onder meer water en mineralen uit poriën waar wortels zelf lastig bij kunnen. In gezonde grond vergroten de schimmeldraden het bereik waarmee wortels voedsel zoeken soms tot 100 keer.
Voor fosfor zijn veel planten er zelfs sterk van afhankelijk: de schimmels kunnen meer dan 80 procent van hun fosforbehoefte leveren. Fosfor is onder meer nodig voor groei, wortelvorming en energieopslag in planten. Dat maakt het netwerk ook voor landbouw belangrijk, al kan een schimmelnetwerk kunstmest niet volledig vervangen.
- Planten leveren koolstof uit fotosynthese aan de schimmel.
- Schimmels brengen water en voedingsstoffen naar de wortels.
- Via de draden reist koolstof door de bodem op een schaal die onderzoekers nu pas kunnen berekenen.
Robotcamera’s maakten de ondergrond zichtbaar
Stewart werkte voor de analyse samen met biofysicus Corentin Bisot van AMOLF in Amsterdam en collega’s uit meerdere onderzoeksvelden. Naast bodemmonsters bekeken zij met robotgestuurde beeldvorming meer dan 300.000 levende hyfen die in het lab waren gekweekt. Zo konden ze de lengte en de massa van het wereldwijde netwerk schatten.
Machine learning vulde vervolgens de ontbrekende stukken in het beeld aan. De modellen combineerden bodemmetingen met gegevens uit onder meer woestijnen, toendra’s en bossen, zodat ze ook voor slecht onderzochte gebieden een verwachte netwerkdichtheid konden berekenen.
Dat levert een scherper beeld op dan losse meetpunten. Eerder onderzoek naar de uitwisseling tussen planten en schimmels liet al zien dat koolstof zich door zulke netwerken kan verplaatsen met snelheden tot 120 micrometer per seconde. Op de schaal van een schimmel voelt dat als ongeveer 400 km per uur.
Graslanden blijken een ondergrondse hoofdader
Ongeveer 40 procent van alle biomassa van deze schimmels zit in graslanden. Vooral in de overstroomde graslanden van Zuid-Soedan, de Everglades in Florida en op het Tibetaans Plateau voorspellen de modellen zeer dichte netwerken. Zulke plekken zijn bovengronds vaak minder opvallend dan tropisch bos, maar ondergronds barst het er van het leven.
Graslanden zijn wereldwijd zwak beschermd en worden 4 keer sneller omgezet in landbouwgrond dan bossen. Eerder onderzoek van het team liet ook zien dat 95 procent van de biodiversiteitshotspots voor arbusculaire mycorrhizaschimmels buiten beschermde natuurgebieden ligt.
Voor Nederland en Europa raakt dat aan keuzes over bodemherstel, natuurbeheer en landbouwgrond. Een bodem kan er aan de oppervlakte prima uitzien, terwijl een dunner schimmelnetwerk minder goed voedingsstoffen rondbrengt en planten minder weerbaar maakt tegen droogte of andere stress.
Onbekende gebieden zijn de volgende stap
De nieuwe gegevens zijn openbaar beschikbaar, zodat overheden en terreinbeheerders de toestand van schimmelgemeenschappen kunnen volgen. SPUN (Society for the Protection of Underground Networks) maakte daarnaast een interactieve kaart die laat zien waar de modellen veel of weinig ondergrondse infrastructuur verwachten.
Grote delen van de wereld zijn nog nauwelijks bemonsterd. Bioloog Merlin Sheldrake, co-auteur van het onderzoek, wijst erop dat mycorrhizaschimmels al honderden miljoenen jaren het plantenleven vormen, terwijl we nog verrassend weinig weten over hun verspreiding en kwetsbaarheid.
Nieuwe bodemmetingen moeten uitwijzen hoe robuust de voorspellingen buiten de goed onderzochte gebieden zijn. Daarna moeten de kaarten helpen om bescherming van graslanden en herstel van landbouwbodems gerichter te plannen.
