1.   INLEIDING
2.   GERELATEERDE ONDERWERPEN EN DELTAFACTS
3.   STRATEGIE
4.   SCHEMATISCHE WEERGAVE
5.   WERKING
6.   KOSTEN EN BATEN
7.   RANDVOORWAARDEN
8.   GOVERNANCE
9.   PRAKTIJKERVARINGEN EN LOPENDE INITIATIEVEN
10. KENNISLEEMTES

1. Inleiding

Sommige milieufactoren werken op lokale schaal, terwijl andere werken op landschaps- of regionale schaal. De milieucondities op een locatie zijn dan ook een optelsom van processen die op verschillende schaalniveaus spelen. Vanuit de soorten geredeneerd kan dit leiden tot milieucondities die passend zijn, wanneer deze binnen de geprefereerde range van een soort vallen, maar juist stress opleveren voor een andere soort die andere milieuvereisten heeft. Om verbetering van de ecologische kwaliteit van watersystemen te bereiken is het belangrijk te weten op welke schaal verstoringen en herstel inwerken. Met een ecologische systeemanalyse wordt de werkingsschaal van milieufactoren duidelijk en dat biedt handvatten om effectieve maatregelpakketten te kiezen.

2. Gerelateerde onderwerpen en Deltafacts

Verdonschot P.F.M. & Verdonschot R.C.M. (2021). Ecologische systeembenadering en ecologische systeemanalyse. Rapport Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK), Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen. 129 pp.

Verdonschot P.F.M. & Verdonschot R.C.M. (2021). Indicatiewaarden van aquatische organismen. Kennisdocument Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK), Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen. 46 pp.

de Vries, Jip; Verdonschot, Ralf C.M.; Verdonschot, Piet F.M. (2021). Regionale benadering voor effectief waterkwaliteitsbeheer. Notitie Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK), Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen. 20 pp.

3. Strategie

Processen die op verschillende schalen in ruimte en tijd een rol spelen werken door in de toestand van een oppervlaktewater. Ook het menselijk handelen maakt hier onderdeel van uit. Ook organismen kennen ieder hun eigen schalen. Zo heeft een alg een zeer korte levensduur van een paar dagen en bezet een paar vierkante centimeters terwijl een vis wel enkele tientallen jaren kan leven en zich over een tientallen kilometers kan verplaatsen. Met het besef dat ecosystemen gevormd worden door processen die over verschillende schalen, van landschap tot habitat en van dagen tot decades, werken kan het waterbeheer versterkt worden. In deze Deltafact worden de bouwstenen beschreven die dit besef van inhoud kunnen voorzien.

4. Schematische weergave

Afbeelding 1 (boven). Het 5-S-model met abiotische en biotische milieufactoren (Verdonschot et al. 1995)

Afbeedling 2 (beneden). De regionale soortenpoule wordt door verschillende filters uitgedund tot een lokale soortenpoule, die in een waterlichaam of deel daarvan wordt aangetroffen; de zogenaamde gemeenschaps- of assemblage-filters (bewerkt naar Lake et al. 2007 http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.564.5830&rep=rep1&type=pdf

Afbeelding 3 (beneden). Het 'filteren' van soorten door de aan- of afwezigheid van heterogeniteit in ruimte en tijd op de schaal van het landschap (groen), het biotoop (geel), het waterlichaam (oranje) en het habitat (wit), zoals aangegeven door het steeds kleiner worden van de regionale soortenpoule (zie afbeelding 2).

5. Werking

Milieufactoren en biologische factoren die op verschillende schalen in ruimte en tijd een rol spelen werken door in de ecologische toestand van een oppervlaktewater. Kennis van deze processen kan worden ingezet als bouwstenen om het ecologisch functioneren van een waterlichaam te verbeteren.

Milieubouwstenen

De ecologische sleutelfactoren (ESF) benoemen de voor de ecologie belangrijkste milieufactoren. Om deze sleutelfactoren hanteerbaar te maken zijn ze in het 5S-model (Afb. 1) gerangschikt naar de mate waarop ze invloed hebben op de werking van het waterecosysteem. Deze schematisatie van het waterecosysteem omvat vijf hoofdgroepen van factoren: systeemvoorwaarden, hydrologische, morfologische, fysisch-chemische en biologische factoren (Verdonschot et al. 1995). Binnen iedere groep zijn de belangrijkste ecologische sleutel- en stuurfactoren benoemd.

De grootschalige lange-termijn-factoren of “systeemvoorwaarden” zijn bijvoorbeeld klimaat, geologie en geomorfologie. De regionale en lokale grond- en oppervlaktewater hydrologie en hydraulica of “stroming“ betreffen bijvoorbeeld grondwaterstroming, afvoer en verblijftijd. De vorm en substraten of “structuren” verwijzen naar bijvoorbeeld oevervorm, lengteprofiel en substraten (incl. planten). De chemische stoffen of “stoffen” betreffen bijvoorbeeld de nutriënten, het zuurstof of het opgelost organisch materiaal. Tenslotte reageert de biologie of “soorten”, zoals de algen of vissen, op bovengenoemde groepen van factoren.

Al deze milieubouwstenen worden door de mens beïnvloed waarbij de parameterwaarden zodanig kunnen gaan afwijken dat een milieufactor een negatief effect op een organisme krijgt, m.a.w. een stressor wordt. Dergelijke stress kan op een andere schaal worden veroorzaakt dan de oorspronkelijke werkingsschaal van betreffende milieufactor. Zo is bijvoorbeeld het voedingsstoffengehalte van een watersysteem oorspronkelijk afhankelijk van de bodemsamenstelling en de directe omgeving maar door een rioolwaterlozing of diffuse afspoeling van agrarisch land kan de herkomst van voedingsstoffen juist vanuit een veel groter gebied afkomstig zijn dan van nature het geval zou zijn.

Biologische bouwstenen

Bacteriën zijn vooral afhankelijk van de chemische waterkwaliteit. De algensamenstelling van een water wordt vooral op lokale schaal en op korte termijn (dagen) bepaald door de beschikbaarheid van voedingsstoffen. Waterplanten daarentegen geven een tragere langere-termijn-indicatie van de effecten van voedingsstoffen, maar ook de oevervorm en het waterpeil op lokale schaal. Macroinvertebraten zijn door hun grote soortenrijkdom divers in termen van preferenties en reageren op kortere tot langere termijn (maanden-jaren) op lokale en regionale hydrologische, morfologische en fysisch-chemische factoren. De samenstelling van vispopulaties wordt vooral door regionale hydromorfologische omstandigheden en verbindingen op de schaal van het stroomgebied over de middellange termijn (jaren) bepaald.

 Verschillende soortgroepen geven dus complementaire informatie over het water waarin ze worden aangetroffen. Wanneer het effect van een bepaalde milieufactor gediagnosticeerd moet worden, dan kan op basis van de te verwachten respons de meest indicatieve organismegroep zorgvuldig worden gekozen. Dergelijke keuzes zijn nodig om doelgericht en kosteneffectief waterbeheer uit te voeren.

De soorten vertellen het verhaal

Wanneer de waarden van milieufactoren buiten hun natuurlijke bandbreedten komen en hierdoor stress veroorzaken zullen de soorten met de grootste gevoeligheid voor een verandering in deze factor het snelst verdwijnen. Dergelijke soorten zijn geschikte indicatoren voor de eerste signalen van achteruitgang voor deze stressor. Het kan zijn dat dezelfde soort juist weer minder gevoelig is voor een andere stressor. Indien dat niet het geval is dan is deze soort een algemene indicatorsoort terwijl in het andere geval de soort juist een hoge diagnostische waarde heeft. Door soorten te ordenen voor hun gevoeligheid voor een stressor kan de mate van achteruitgang geduid worden.

Milieu- en biologische bouwstenen werken als filters

Het samenspel van milieufactoren en organismen speelt van lokale (habitat) tot regionale (stroomgebied, polder) schaal en verschilt in de tijd. Bepaalde systeemvoorwaarden zorgen dat soorten wel of niet kunnen voorkomen. In een hellend gebied stroomt water in één richting af en vormt een beek. Soorten die stroming vereisen kunnen alleen in hellende gebieden voorkomen. Vervolgens bepaalt de stroomsnelheid of soorten uit snelstromende beken wel of niet kunnen voorkomen, daarnaast kan de aanwezigheid van dood hout bepalen of snelstromende houtbewoners kunnen overleven enzovoorts. Soorten die in meren leven en afhankelijk zijn van een goed ontwikkelde oeverzone kunnen alleen in meren met goed ontwikkelde land-water-overgangen gedijen. De kwaliteit en omvang van oeverzone langs meren is niet alleen afhankelijk van de waterkwaliteit, maar ook van peilvariatie. Zonder peilvariatie worden deze zone smal. Dit samenspel van milieufactoren en organismen vormt een set van zogenoemde ‘filters’ die bepalend kunnen zijn of soorten ergens wel of niet kunnen gedijen (Afb. 2). Tussen deze filters bestaat ook een hiërarchie, zoals die in het 5S-model wordt omschreven (Afb. 3).

De systeemgerichte ecologische stress analyse SESA

Door de ecologie als uitgangspunt te nemen en oorzaken te zoeken op de schaal van het stroomgebied en deze te bekijken over een langere tijdschaal kan de werking van aquatische ecosystemen in beeld worden gebracht. Dit geeft een beter inzicht in waar de bronnen van de problemen voor de ecologie te vinden zijn. Hiervoor is de Systeemgerichte ecologische stress analyse (SESA) methodiek ontwikkeld, die is uitgewerkt voor stromende wateren (Verdonschot & Verdonschot 2021a https://kennisimpulswaterkwaliteit.nl/nl/publicaties/ecologische-systeembenadering-en-ecologische-systeemanalyse). In een SESA wordt een analyse uitgevoerd waarin wordt vastgesteld wat de oorspronkelijke situatie was, die helpt bij het vormen van een beeld van de doelsituatie op langere termijn en het natuurlijke systeem functioneren. Vervolgens wordt de huidige toestand bepaald met daarbij de aanwezige knelpunten/stressoren en biologie. Met deze informatie kunnen realistische ontwikkelingsbeelden voor de nabije toekomst worden opgesteld met bijpassende maatregelpakketten waarmee ecologisch gestelde doelen kunnen worden behaald. Een belangrijk aspect van SESA is het meenemen van samenhang tussen factoren onderling en tussen factoren en organismen.

Samenhang verwijst hier naar het voorkomen van soorten en gemeenschappen in de ‘milieu’ruimte en het samenspel tussen een groot aantal milieufactoren. De meeste, maar zeker niet alle, oorzaken/bronnen van stress ontstaan buiten het waterlichaam en hebben een opstapeling van stress in het waterlichaam tot gevolg. Dit wordt aangeduid als ‘multiple stress’. In Nederlandse oppervlaktewateren is bijna altijd sprake van multiple stress, soms door één en vaak door meerdere oorzaken buiten het waterlichaam. Als voorbeeld is de veelvoudige samenhang/interactie tussen verschillende stressoren en ecologische hoofdsleutelprocessen voor stromende wateren weergegeven (Tabel 1).

6. Kosten en baten

SESA is een methode om op basis van de huidige toestand van een beek en de herstelpotentie knelpunten binnen een stroomgebied in kaart te brengen en te kwantificeren. Hieraan wordt vervolgens een streefbeeld gekoppeld en worden maatregelpakketten voorgesteld die nodig zijn om dit streefbeeld te bereiken. Dit maakt het ingrijpen met maatregelen veel effectiever en maakt het daarnaast mogelijk gedifferentieerder te werk te gaan bij het herstellen van een beeksysteem. SESA voorziet daarmee in de behoefte bij waterbeheerders aan concrete, haalbare en betaalbare ontwikkelingsbeelden in termen van maatregelpakketten en ecologische effecten, die binnen een termijn van circa 15 jaar gerealiseerd moeten kunnen worden en die gebaseerd zijn op een samenhangende benadering van het watersysteem over verschillende schalen.

Tabel 1. De multiple samenhang tussen multiple stressoren en ecologische hoofdsleutelprocessen in stromende watersystemen over drie schalen (Verdonschot & Verdonschot 2021a https://kennisimpulswaterkwaliteit.nl/nl/publicaties/ecologische-systeembenadering-en-ecologische-systeemanalyse). Licht groen matige samenhang, donkergroen sterke samenhang.

7. Randvoorwaarden

Om de meest effectieve maatregelen op de juiste schaal in ruimte en tijd te nemen is een hiërarchisch geordend overzicht nodig van de belangrijkste sturende factoren, functies en interacties in een ecosysteem. Het 5S-model biedt dit overzicht, is transparant, voorkomt doublures en is in de praktijk gemakkelijk hanteerbaar getuige de toepassing op een breed scala aan ecosystemen; van beken, sloten en meren tot koraalriffen.

8. Governance

Doordat SESA de focus verlegt naar het ‘landschap’ — met het stroomgebied waar het waterlichaam deel van uitmaakt — is het vaststellen van oorzaak-effect relaties/ketens beter mogelijk dan bij een locatiespecifieke benadering, mede doordat naar en over meerdere schalen wordt gekeken. Hierbij komt ook de sociaaleconomische context, oftewel de relatie met menselijke activiteiten, duidelijk in beeld.

Omdat het wegnemen van multiple stress situaties in de meeste gevallen vraagt om combinaties van maatregelen, worden maatregelpakketten samengesteld die samen tot een verbetering van de ecologie leiden. Maatregelpakketten kunnen bestaan uit verschillende combinaties van maatregelen, spelen vaak op een landschapsbrede schaal en iedere combinatie kan als scenario met SESA worden getest. De methode voor het in kaart brengen van stressoren in de huidige situatie wordt ook gebruikt om de effecten van scenario’s in beeld te brengen zodat deze één op één vergelijkbaar zijn.

Bij het samenstellen van scenario’s worden ook de toekomstige ontwikkelingen in land- en ruimtegebruik en andere socio-economische ontwikkelingen meegenomen. Scenario’s zijn realistisch als tegelijkertijd wordt afgeleid wat er mogelijk en haalbaar is in het gebied wat betreft de terugkeer van doelsoorten en de milieueisen die deze stellen in relatie tot de door de maatregelen verbeterde kwaliteit van het watersysteem.

9. Praktijkervaringen en lopende initiatieven

De SESA-methodiek is ontwikkeld en toegepast op de stroomgebieden van de laaglandbeken de Tungelroyse beek en de Groote Molenbeek binnen het beheergebied van waterschap Limburg (De Vries et al. 2019 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719335557 , Verdonschot et al. 2021c https://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/fulltext/545036). Later is dit uitgebreid met de Oostrumsche beek, de Tongelreep (Waterschap de Dommel), de Glanerbeek (Waterschap Vechtstromen) en de Hunze (Waterschap Hunze en Aa’s) (link naar KIWK SESA laaglandbeken). Ook zijn er stappen gezet om de SESA toepasbaar te maken voor sloten en kanalen (link naar KIWK SESA sloten en kanalen) en is een SESA voor heuvellandbeken opgesteld (De Vries et al., in voorbereiding).

10. Kennisleemtes

De belangrijkste kennisleemten zijn de kwantificering van schaalafhankelijkheid, inzichten in de mate van effect van tijdsaspecten, zoals de historische doorwerking, irreversibele veranderingen, de weging van watertype-specifieke-stress-effecten in SESA, de diagnostische kenmerken van individuele soorten en de rol van dispersie en connectiviteit bij ongewervelden.