Het is goed mogelijk om met radartechnologie vanuit de ruimte te meten hoe ‘dorstig’ bomen en gewassen zijn. Dat is belangrijk om de samenhang tussen ecosystemen, watercyclus en koolstofcyclus beter te begrijpen. In theorie kunnen we hiermee op wereldwijde schaal gewassen monitoren en in kaart brengen wanneer het nodig is om in te grijpen. Tim van Emmerik promoveert op vrijdag 1 december op dit onderwerp aan de TU Delft. 

Dorst

Van Emmerik onderzocht neerslag, verdamping en manieren om de dorst van planten te meten. De focus lag daarbij vooral op tropische regenwouden. Die spelen namelijk een essentiële rol in de water-, zuurstof- en koolstofcyclus op aarde. ‘Als het Amazoneregenwoud steeds droger wordt’, verklaart van Emmerik, ‘of door ontbossing steeds maar kleiner, zal dat de watercyclus en de koolstofcyclus beïnvloeden. Dat kan bijdragen aan klimaatverandering op aarde.’

Slangen

Een praktisch probleem in het onderzoek was dat meetinstrumenten duur zijn of bomen kunnen beschadigen. Ook overleven ze de extreme omstandigheden van een regenwoud niet. ‘Zodra je kastjes met apparatuur in een oerwoud hangt, gaan slangen, spinnen en andere beesten er in wonen. Meetcampagnes vanuit de lucht met satellieten of radar zijn wél een goede meetoptie. Maar je weet pas echt of je metingen kloppen, als je ook op de grond kunt checken wat er precies gebeurt.’

Sensoren

Sensoren zijn door de snelle opkomst van de smartphone-industrie veel goedkoper en robuuster geworden. Met collega Rolf Hut bedacht Van Emmerik daarom dat versnellingsmeters zijn te gebruiken als betaalbaar alternatief om langere tijd boombewegingen te kunnen meten. Door de versnellingen van een boom te koppelen aan andere meteorologische en hydrologische data, kon hij de boombewegingen relateren aan externe belastingen (zoals wind, verdamping en regenval) en deze onderscheiden van de fysieke eigenschappen van de boom zelf (zoals elasticiteit, massa en watergehalte).

Tomaten

Van Emmerik heeft dit allemaal stapsgewijs onderzocht bij tomatenplanten, in maïsvelden en in Brazilië. Om het effect van waterstress in tropische regenwouden te onderzoeken, zijn er versnellingsmeters geïnstalleerd op 19 bomen in de Braziliaanse Amazone om hun beweging te meten. De manier waarop bomen bewegen hangt af van verschillende eigenschappen. Van Emmerik  laat zien dat de beweging gevoelig is voor boommassa, de hoeveelheid water die op het bladerdek blijft liggen en de mate van interactie tussen de boom en de atmosfeer. Er bleek in de data ook een duidelijk verschil te zien tussen het natte en het droge seizoen.

Gevoelig

De veronderstelling is dat deze verandering het resultaat is van veranderingen in boommassa, veroorzaakt door veranderingen in watergehalte, of het uitvallen van bladeren als reactie op toenemend watertekort. ‘Ik heb velddata van watertekorten in bomen in combinatie met radarobservaties gebruikt om te laten zien dat radarweerkaatsing zeer gevoelig is voor toenemende waterstress. Tijdens de overgang van het natte naar het droge seizoen is een duidelijke daling gevonden in radarweerkaatsing, wat verklaart kan worden door de snelle toename in gemeten watertekort in de bomen.’

Discussie

‘Al jaren wordt er gediscussieerd over de gevoeligheid van radarweerkaatsing voor waterstress in vegetatie. Helaas is er tot dusver altijd een tekort aan observaties geweest om dit te testen. Ik heb aangetoond dat watertekort in vegetatie leidt tot significante veranderingen in watergehalte en de geleidingseigenschappen van planten, wat vervolgens leidt tot waarneembare verschillen in radarweerkaatsing.’

Dichtvorm

Een heel ander interessegebied van Emmerik is poëzie, en vooral de combinatie met wetenschap. Op diverse internationale wetenschappelijke congressen geeft hij bijvoorbeeld sessies met als thema Rhyme-your-research. Zijn eigen onderzoek heeft hij ook in dichtvorm samengevat:

Lonely Satellites
I’ll tell you how my
research went,
What we know from biology,

The functioning of ev’ry tree,

Depends on its water content

So what if there’s a little less
Of this epic liquid of life

Will plants just stop to thrive
Or will we end up in a mess

Plant death is a catastrophe
For that we need to explore new ways

To ensure food security

Simply said, to save the human race
We need more lonely satellites

For drought detection from out’r space

Meer informatie

01 december 2017, vanaf 12:30 uur, Aula TU Delft (start lekenpraatje 12.00 uur)
Promotie T.H.M. van Emmerik Water Stress Detection Using Radar
Promotors: prof.dr.ir. N.C. van de Giesen en prof.dr.ir. S.C Steele-Dunne (CiTG)
Contact Tim van Emmerik, T.H.M.vanEmmerik@tudelft.nl, 015 278 73 46, @TimVanEmmerik
Adviseur wetenschapscommunicatie TU Delft Roy Meijer, r.e.t.meijer@tudelft.nl, 06 14015008