PROBE-3: A succession model for ecosystem services

Climate change is expected to have significant impacts on groundwater-independent ecosystems, since the moisture regime of these systems completely depends on precipitation and evapotranspiration demand (Witte et al., 2012b). It is foreseen that not only temperature will rise, but also that more prolonged dry periods will alternate with more intensive rainfall events, both within and between years. This will change, among others, soil moisture dynamics (Easterling et al., 2000; Weltzin et al., 2003; Porporato et al., 2004; Fay et al., 2008; Knapp et al., 2008). Soil moisture is the most important environmental filter of local terrestrial plant species composition, as it determines the availability of both oxygen and water to plant roots and, with that, indirectly other habitat factors that are essential for plant growth, such as soil acidity and nutrient availability (Easterling et al., 2000; Weltzin et al., 2003; Porporato et al., 2004; Witte et al., 2007b; Knapp et al., 2008; Levine et al., 2008; Bartholomeus et al., 2011b). In view of the projected change in climate and hydrology, it is questionable whether target ecosystems for nature preservation may still be attained under a future climate. This is important, since most of such targets are legally enforced, e.g. by the European Habitat Directive, by the Water Framework Directive, and by national legislations of several countries. For a timely response to climate change, as well as to avoid measures that may be ineffective, policy makers and spatial planners require information about the feasibility of nature targets under a future climate. It is inevitable that models are used for this purpose, because the empirical bases for climate change effects in the recent past, across transects that cover different climate zones, is too small. However, it is debatable whether current models are properly equipped for assessing climate change effects on nature targets.

Het nieuwe successiemodel PROBE-3 is in staat te simuleren hoe drie ecosysteemdiensten (het scheppen van biodiversiteit, de reductie van stikstofuitspoeling en de aanvulling van het grondwater) in de loop der tijd veranderen onder invloed van het weer en de aanvoer van meststoffen. Het eendimensionale model produceert plausibele resultaten voor de nitraatuitspoeling onder bouwland en de duinen en voor de vegetatieontwikkeling op de noord- en zuidzijde van een droog duin. In tegenstelling tot eerdere (vlakdekkende) PROBE modellen, is PROBE-3 geschikt voor langetermijnprojecties waarbij rekening moet worden gehouden met veranderingen van de bodem onder invloed van zowel het plantendek als de weersgesteldheid en de aanvoer van nutriënten. Het dynamische successiemodel met terugkoppelingsmechanismen tussen bodem, water en vegetatie, is toepasbaar voor grondwateronafhankelijke bodems. Gedemonstreerd wordt hoe het model kan worden ingezet om de gevolgen te beoordelen van klimaatverandering en van atmosferische stikstofdepositie. Om de modelprestaties te verbeteren is ijking aan meer veldgegevens nodig. Daarna kan het worden gebruikt om snel rekenende relaties (metarelaties) te genereren ten behoeve van vlakdekkende PROBE-versies.