Wat is een goed functionerendestuarien ecosysteem en welkediensten levert dat ons?

Prof. Dr. Patrick MeireOnderzoeksgroep ecosysteembeheerUniversiteit Antwerpen

2

3

intro

• De voorbije decaden is er een sterke evolutie inde concepten die sturend zijn voor het beheervan estuaria

• è veiligheid en navigatie- è waterkwaliteit

•è soortbescherming (EU Vogelrichtlijn 1979)

-è habitatbescherming (EU Habitatrichtlijn 1992)

4

Natuur HavenLandbouw

Ecologie Economie

5

Geomorphology

habitats Hydrodynamics

Ecological

Structure/functioning

BIOPHYSICAL SYSTEM

SOCIO-ECONOMICSYSTEM

An Estuary

6

intro

• è meer integrale benadering

• MAAR een integrale benadering vereist ookeen concept dat de verschillende onderdelenvan het systeem kan linken.

7

• Sinds de invloedrijkepublicatie van BobCostanza et al. inNature in 97 en de MAin 2005 is duidelijkegeworden datecosysteemdienstenbelangrijk zijn.

8

• Ecosysteemdiensten zijn

• “De directe en indirecte bijdragen vanecosystemen aan het menselijk welzijn”(TEEB, 2010)

9

10

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies

Benefits (Economische)waarde

Morfologie

Schorren

voedsel

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies

Benefits (Economic)Value

MorfologieSchorren

landbouw grond

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies

Benefits (Economic)Value

MorfologieSchorrenSlikken

Industrie/haven gebied

Ruwe materialen:Platform voorconstructies

€

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies

Benefits (Economic)Value

Geulen

Morfologie

voedsel

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenae

processen Functions

Benefits (Economic)Value

geulen

Morfologie

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies

Benefits (Economic)Value

Dissipation ofTidal energy

Morfologie

?

Veranderingen in getijamplitude in de Schelde: 1900-2008

Verandering in getij amplitude in de Elbe

Verandering in getij amplitude in de Weser

20

Tidal damping/amplification

+ amplification

– damping

Habitats en het vertikaal getij(tidal range)

Ampl

ifica

tion

Dam

ping

Effect van het Verdronken land van Saeftingeop de hoogwaters

E.g. Effect of Saeftinghe marsh ~2500 ha

2D hydrodyn. model

Blue line = ref. 2009

Sven Smolders in prep

23

Kern boodschap 1

• Getijdoordringing is significant toegenomen• Overstromingsrisico’s zijn toegenomen• Habitat verlies/wijziging heeft een significant

effect op de getij doordringing- Intergetijden gebieden en ondiep subtidale zijn

cruciale habitats.• Veranderingen in getijkarakteristieken zijn de

drijvende krachten achter de ontwikkeling vanhet estuarium

24

• In herstelprojecten zoals ontpoldering ofrivierwinning, moet de focus dan ook meer enmeer liggen op de impact opgetijkarakteristieken ipv enkel op structurelebiodiversiteit, zonder afbreuk van dat laatste

• Dit moet een belangrijk element zijn incompensatiemaatregelen eninstandhoudingsdoelen, immers dat bepaaldmee de goede staat van instandhouding!

25

Kennishiaat

• De link tussen habitats engetijkarakteristieken is nog onvoldoendegekend

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies

Benefits (Economic)Value

Dissipatievangolfenergie

geulen

Morfologie

schorrenslikken/platen

2727

Gol

fhoo

gte

(m)

Afstand van schorrand (m)

28

29

Bare Flats(low-lying)

Vegetated Marshes(high-lying)

velocity↓sedimentation↑

velocity↑Sedimentation↓

Shifts between stable states ?

Sedimentation-Erosion-Bars

dGPSFalse-color aerialphotographs

Methods

GIS-based classification,2008 - 2012

Marsh edgetracing,

1x per year

Monthly monitoringof 10 transects

• 10 points per 2 m bar• 1st measurement =

reference zero• High precision surface

change records (± 1 mm)

Yearly expansion Tidal Marsh atBath/Rilland

A yearly net marshexpansion wasobserved at alltransects from 2011to 2013.

PhD Alexandra Silinski

32

Schorontwikkeling

33

Kernboodschap 2

• Schorren reduceren de golfwerking en hebbenzo een beschermende werking voor de dijken

• Schorren vormen een buffer voor water tijdensstormtijen

34

kennishiaat

• De thresholds die de overgang tussenschorvorming en erosie bepalen zijn nog nietgekend

• è factoren die vorming habitats bepalen,zeker lange termijn evoluties zijn niet gekend!

• è idem voor andere types habitats

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies Benefits (Economic)Value

Dissipation ofTidal energy

Morfologie

Water fornavigation

Water qualityregulation

Primaire productieBiogeochemische cycli

Primaire productieSchelde Elbe

Dist

ance

–TI

DEkm

Dist

ance

–TI

DEkm

Time (years) Time (years)

• Chlorophyll a hoogst in zoetwater getijden gebied• In de Schelde twee maal zo hoog als in de Elbe• Chl a proxy voor voor biomassa en productie algen

Primary production

Scheldt Elbe

Dist

ance

–TI

DEkm

Time (years)Di

stan

ce–

TIDE

kmTime (years)FW1 &FW2 FW1 &FW2

FW3

BOD (mg/l)

FW1 FW2 FW3

05

1015

Elbe

Gemiddelde diepte van Schelde en Elbe

Zm

ZpThalweg diepte Cross section gemiddelde diepte

Lichtklimaat hangt mee af van morfologie

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

FW1 FW2 FW3 O M P FW1 FW2 O M P FW1 FW2 O M P FW1 O M P

Elbe Weser Scheldt Humber

yearlysummerwinteralgal bloom

zeuph/zmix ratio > 1/6 ?

FW3

Algal die off in FW3 NH4+ NO3

-mineralization nitrification

DO loss! DO loss!Di

stan

ce–

TIDE

km

Time (years)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Euph

otic

dept

h/m

ixin

gde

pth

ratio

yearly summer winter algal bloom

42

Improving oxygen conditions

Figuur 2.9: Zomer- en jaargemiddelde chl a waarden in het zoete (km 103-151)

From net oxygen consumption to net oxygenproduction

P/R based on oxygenbalance

Net oxygen consumptionwith high ammonia inputs

Net oxygen production withlow ammonia inputs

Alternative stable states withintermediate ammoniainputs

Cox et al. Biogeosciences, 6, 2935–2948, 2009

(meso)zooplankton

hyperbenthosfish

Trophic functioning in the pelagic system

SPM

detritusphyto

rotifers

bacteria

HNFciliates

microbial loop

Grazing foodchain

Calanoïds Cyclopoïds Cladocerans

05

10152025303540

Abun

danc

e(x

100

ind.

m-3

)

Years

Brackish water

0153045607590

105120135

Abun

danc

e(x

100

ind.

m-3

)

Years

Freshwater

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Eur

ytem

ora

affin

is%

cope

pods

Years

Freshwater Mean Brackish water Mean

(Mialet et al.2011, Chambord et al., in preparation )

Eurytemora affinis (calanoid)

48

Kernboodschap 3

• Waterkwaliteit (zuurstof, primaire productie)wordt mede door morfologie bepaald

• Ook in het pelagiaal komen regimeshifts voor• Fyto en zooplankton vertonen belangrijke

evoluties maar zijn zeer slecht begrepen.

kennishiaat

Primaire productie is een bijzonder belangrijk proces datmede de waterkwaliteit in belangrijke mate bepaalt en debasis is voor de voedselketen maar is bijzonder slechtgekend.

• Wat is de primaire productie• Wat is impact van morfologie, residence time,

49

kennishiaat

Impact van zooplankton als cruciale schakel tussen primaireproductie en hogere trofische niveaus is bijzonder slechtgekend.

• Wat bepaalt zooplankton populaties• Wat is hun rol in het controleren van primaire

productie (en mogelijks vermijden van planktonblooms? )

50

Human well beingEcosystemen en biodiversiteit

Structurenen

processen Functies Benefits (Economic)Value

Dissipation ofTidal energy

Morfologie

Water fornavigation

Water qualityregulation

Primaire productieBiogeochemische cycli

52

Filterfunctie voor nutriëntenDi

stan

ce(T

IDE-

km)

Time (years)

Nutrients

• Filter function for e.g. nutrients one of themost valuable ESS

With recent improvements ofwater quality the theprocesses in the sediment gainin importance

Again morphology appears to beable to change the functioning ofthe estuary(filter function for N decreases)

Intertidal habitat! Geometry of the estuary!

54

Uitwisseling vanwater & sediment

Rol habitats als sink/source

55

N retentie in een schor

0

20000

40000

60000

80000

16/05/20

06

3/07

/200

6

11/09/20

06

25/10/20

06

20/03/20

07

21/03/20

07

4/06

/200

7

5/06

/200

7

1/10

/200

7

volu

me

(m³)

0

5

10

15

20

TDIN

(kg)

tidal volume N retention

NITROGEN RETENTION

Data Lippenbroek

56

Denitrificatie: compilatie vangegevens

57

Kernboodschap 4

• Slikken en schorren spelen een enormbelangrijke rol in de nutriëntenflux en zijn eensink voor N en P en een bron voor Si

• Ze zijn daarom erg belangrijk in de reguleringvan waterkwaliteit

• è HABITATS VERVULLEN ERG VEEL FUNCTIESEN LEVEREN VEEL ECOSYSTEEMDIENSTEN

58

kennishiaat

• De rol van verschillende habitats in hetecologisch functioneren is nog amper gekendè heeft belangrijke consequenties voor dedesign van herstelmaatregelen

• è herstel van biodiversiteit versus herstel vanfuncties

59

Wat me zoetwater?

Zoutgradient

61

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1/01

/199

6

31/1

2/19

96

31/1

2/19

97

31/1

2/19

98

31/1

2/19

99

30/1

2/20

00

30/1

2/20

01

30/1

2/20

02

30/1

2/20

03

29/1

2/20

04

29/1

2/20

05

29/1

2/20

06

29/1

2/20

07

Afv

oer(

m3.

s-1)

GemiddeldMaximumMinimum

0

10

20

30

40

50

60

Aan

tald

agen

per

debi

etsk

lass

e

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

543210

62

?y = -1.7997x + 183.59

R2 = 0.6202

0

50

100

150

200

250

300

350

0 10 20 30 40 50 60

Q (Melle) [m3/s]

Chl

a[m

ug/l]

?

y = 0.0027x + 0.056R2 = 0.579

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60

Q (Melle) [m3/s]

DSi

[mm

olSi

/m3]

50

60

70

80

90

4 5 6 7 8 9

Maand

%D

iato

mee

ën Dendermonde

St-Onolfs

Appels

Fresh water discharge

64

Kernboodschap 5

• De zoetwaterdebieten spelen een bijzonderbelangrijke rol, zeker in de opwaartse delenvan het estuarium

65

kennishiaat

• Er zijn geen criteria voor een minimum debietnaar een estuarium te bepalen

66

Wat met biodiversitiet?

67

Birds

• Cleardecrease

• Local orgeneral?

Van den Bergh et al, 2010

Stucker et al, 2010

68

kennishiaat

• Patronen in voorkomen van vogels zijn redelijkgoed beschreven, maar niet altijd goedbegrepen.

• è toch lijkt me dit minder belangrijk alskennishiaat

Human well beingEcosystems and biodiversity

Structuresand

processes Functions Benefits (Economic)Value

Dissipation ofTidal energy

Morphology

Water fornavigation

Water qualityregulation

Ecosystemservices

Human well beingEcosystems and biodiversity

Structuresand

processes Functions Benefits (Economic)Value

Dissipation ofTidal energy

Morphology

Water fornavigation

Water qualityregulation

Ecosystemservices

Welk habitat levert wat?

72

Kernboodschap 6

• Het ecosysteem levert een hele reeksecosysteemdiensten- Habitats en soorten spelen hierin een cruciale rol

• Het verlies aan habitats heeft onherroepelijkgeleid tot het verlies van ecosysteemdiensten.

• Een verlies van ecosysteemdiensten heeftdirect EN indirect maatschappelijke eneconomische gevolgen

73

• Een aantal zijn gecompenseerd doorinfrastructuurwerken (vaak tegen hoge kost),maar velen niet en leiden tot directe verliezen(bv visserij) of problemen op lange termijn (bvverlies filterfunctie en export vannutriënten/polluenten)

• Het is cruciaal om de problemen te vertalen ineen demand for ES

74

kennishiaat

• è goede kwantificering van ES• Begrijpen van thresholds en interacties tussen

ES è bundles of ES

RethinkingtheEScascade

Figure:NewproposedconceptualframeworkforESbasedontheEScascadefromPotschin &Haines-Young(2011)

Hertogin Hedwige-Prosperpolderontpolderingsproject

Voordelig voor de samenleving?

Illustratie

Baten en verliezen van het project

-5

-

5

10

15

20

Min. Max.

Milj

oen

€/ja

ar

Cultural Platform-LivingCultural Platform-BuildingCultural Aesthetics-Visual intrusionCultural Cognitive development-ExcusionCultural Recreation-dikeWater quality AerationWater quality P-burialWater quality N-N2O-emissionWater quality N-NH3-NH4-emissionWater quality N-denitrificationWater quality N-burialClimate CH4-emissionClimate CO2-emissionClimate Carbon burialSedimentation and erosion Soil erosionSedimentation and erosion SedimentationDisturbance Flood preventionAir quality PM10Air quality PM2,5Food Eatable salty plantsFood LivestockFood Agricultural crops

Verlies landbouw en huizengecompenseerd (totale investeringskost)

Landbouw: -450 haSlikken: +275 haSchorren: +190 ha

78

Kernboodschap 7

• Natuurherstelmaatregelen zijn niet alleenecologisch een meer winst maar door delevering van ecosysteemdiensten ookeconomisch rendabel

• Dit werd ook reeds aangetoond door dekosten-baten analyse voor het geactualiseerdeSigmaplan

79

kennishiaat

• Een goede afweging vereist:- Een goede kwantificering van de ES- Een goede economische valuatie

80

Conclusies

• Estuariene ecosystemen leveren heel watecosysteemdiensten

• Verlies aan habitats betekent verlies aanecosysteemdiensten

• Verlies aan ecosysteemdiensten betekent eeneconomisch verlies

81

• Estuariene herstelmaatregelen moeten nietalleen gericht zijn op het herstel en behoudvan de biodiversiteit maar ook op het herstelvan de ecosysteemdiensten

• Dit moet leiden tot het mitigeren vannegatieve trends

• Ecologisch herstel is dan duidelijk ook eeneconomisch verantwoorde en rendabeleinvestering

82

• Inzicht in de levering van ecosysteemdienstenleert dat investeren in het herstel van hetestuariene systeem de basis is voor eenduurzaam economisch gebruik van hetsysteem

• Dit vereist dat doelen ook breed moetengedefinieerd worden, ook voor ES!

83

• Een goede systeemmonitoring is essentieelals basis om de ontwikkeling van het systeemte beschrijven, te begrijpen en de processente kwantificeren als basis voor een goedbeheer

84

Ecosystem services

Nature Harbour

Ecology EconomyEcosystemservices

85

• Meer lezen?

86

Thanks for your attention