Onderzoek naar water vormt de rode draad in de wetenschap carrière van Steele-Dunne. Gedurende haar studie Civiele Techniek in haar geboorteland Ierland raakte ze geïnteresseerd in hydrologie. Tijdens haar promotie aan de Amerikaanse universiteit MIT onderzocht ze de hoeveelheid water aanwezig in bodems met hulp van radiometers en radars. “Kennis over bodemvocht is essentieel, bodemvocht vormt de link tussen hydrologie en atmosferische processen,” legt ze uit. “Water verblijft maar heel kort in de bodem. Of het zakt dieper weg in de grond of het keert door verdamping terug naar de atmosfeer. Dus de hoeveelheid vocht in een bodem verandert heel snel. Ook is bodemvocht de belangrijkste bron van water voor vegetatie.”

Ruis

Planten en bomen vormen bij metingen van bodem vocht juist een obstakel. “Tijdens het meten van bodem vocht kan vegetatie het radarsignaal beïnvloeden. Dat komt omdat het signaal ook gevoelig is voor water aanwezig in planten en gewassen. Een radar kan dat onderscheid niet maken. Normaal gesproken proberen onderzoekers de ruis veroorzaakt door vegetatie weg te filteren, maar voor mijn onderzoek in Delft wil ik de ruis juist gaan bestuderen, daaruit valt namelijk te bepalen hoeveel water aanwezig is in gewassen.”

Ook voor wetenschappers die bodemvocht bestuderen zou het onderzoek interessante resultaten kunnen opleveren. Steele-Dunne: “Satellieten die met hulp van microgolven bodemvocht opmeten, observeren slechts de bovenste centimeters van de bodem. Daarom moeten deze metingen altijd worden gecombineerd met computermodellen om wat te kunnen zeggen over de rest van de bodem. Wanneer we bij planten en bomen kunnen vaststellen hoeveel water zij vast houden, dan valt daaruit mogelijk ook te bepalen wat zich dieper in de bodem afspeelt.”

Een ander nadeel is dat satellieten pas om de paar dagen een nieuwe meting maken. “De hoeveelheid water aanwezig in planten en bodems kan juist heel snel veranderen. Dat is de reden dat ik de interactie tussen bodem en vegetatie binnen het tijdsbestek van een dag wil observeren. We willen voor ons veld-onderzoek een radar installatie gebruiken die ieder uur een meting doet.”

Stress

Niet alleen natuurkunde komt bij het onderzoek om de hoek kijken, ook kennis over planten is hard nodig. “Natuurkunde en biologie komen in dit onderzoek bij elkaar, het is van alles wat en dat maakt het onderzoek erg leuk,” vertelt Steele-Dunne. “We willen uiteindelijk weten welke radarfrequenties het meest geschikt zijn om water in vegetatie te meten. Daar is ook kennis van de fysiologie van planten voor nodig.” Met het geld van haar Vidi-beurs gaan bij Steele-Dunne twee promovendi aan slag. “Een van mijn promovendi zal de komende jaren specifiek gaan kijken naar planten als een elektromagnetisch medium.

De tweede zal als fysioloog hiernaar kijken. We kijken dus naar hetzelfde probleem vanuit twee heel verschillende hoeken.”
Steele-Dunne is in het bijzonder benieuwd of planten herkenbare waarschuwingstekens laten zien wanneer ze een tekort aan water hebben. Planten handhaven verschillende strategieën wanneer bodemwater schaars wordt, vertelt ze. Sommige planten, zoals basilicum en munt, verbrassen water zonder een reserve op te slaan voor magere tijden. “Dus als je een keertje bent vergeten om je basilicum water te geven, en het water raakt op, dan zie je dat vrijwel direct aan de plant. Bladeren en stengels gaan slap hangen. Maar als de plant op tijd weer water krijgt, dan kan de plant zich nog herstellen. De meeste maïs soorten zijn daarentegen strategischer, die houden water vast en bouwen een reserve op. Zij functioneren tijdens een periode van droogte dus anders. Ik ben nieuwsgierig of met radarsignalen valt te meten wanneer planten gestrest zijn op het moment dat ze te weinig water hebben.”

Toepassingen

Het is de eerste keer dat met hulp van satellieten en radar de vochtconcentraties in planten zo specifiek worden onderzocht, denkt Steele-Dunne. “Met deze techniek zijn straks allerlei toepassingen denkbaar voor in de landbouw. Denk bijvoorbeeld aan waterbeheersing. Wanneer je beter kunt bepalen wanneer het land te droog wordt, dan kun je wachten met irrigeren, in plaats van regelmatig planten water te geven. In gebieden waar water schaars is, wil je liever pas water geven als gewassen het echt nodig hebben.”

Op een grotere schaal valt de techniek mogelijk in te zetten om droogtes beter te voorspellen in gebieden zoals het Amazonegebied of de Afri kaanse Sahel. Steele-Dunne: “We kunnen daarvoor gebruik maken van metingen van bossen of savannes, en deze koppelen aan radarmetingen op de grond. Mogelijk zijn er voortekenen van een droogte te bepalen of valt beter inzicht te krijgen in het ontstaan van droogte in een groot gebied.”

Onderzoeksboerderij

In Nederland blijkt het knap lastig om planten met een tekort aan water te onderzoeken. Het wetenschapsteam van Steele-Dunne wijkt voor het doen van deze metingen uit naar de Verenigde Staten, waar ze samenwerken met Amerikaanse collega’s in Florida. “Daar kijken ze al langer naar vochtconcentraties in planten, maar meten dit slechts één keer in de week. Wetenschappers hebben er een onderzoeksboerderij met verschillende gewassen tot hun beschikking. Florida kent de beste weersomstandigheden om een tekort aan water in planten grondig te bestuderen. Het is er droog en planten hebben veel water nodig.”

Het is dus eigenlijk goed nieuws dat Nederland voor het onderzoek naar dorstige planten niet geschikt is, besluit Steele-Dunne. “We hebben wel geprobeerd het onderzoek in Nederland uit te voeren. Maar het regent hier gewoon te veel. Wat dat betreft zijn we in Nederland gezegend met al het water waarover we beschikken. De vraag is of we altijd zo veel geluk zullen hebben. Mocht ons geluk keren, dan zullen we slimmere beslissingen moeten nemen.”

Gepubliceerd: maart 2016

Dr. ir. Susan Steele-Dunne