Young grass follows different growth strategies on salt marshes and in dunes

~~ for Dutch scroll down ~~

Grasses are the main builders of dune and salt marsh ecosystems in north-western Europe. They form the first buffer against sea storms and floods, and are also the basis of an entire ecosystem: like trees in a forest, they host dozens of species and thus enable many habitat functions.

Mature coastal grasses break the flow of water or wind, causing sand and silt to settle in the water or air, and the plants thus build up the landscape. But worldwide, dunes and salt marshes suffer from erosion, and are proving difficult to restore. PhD students Carlijn Lammers and Clea van de Ven studied how young grasses can establish themselves in the dynamic coastal zone. Ultimately, characteristics such as the spatial growth pattern of the grasses influence their own survival rate and thus how they shape the landscape.

Travelling the European coast by camper van

Together with Valérie Reijers, a researcher at Utrecht Univeristy, Lammers and Van de Ven travelled the northwest European coast in a camper van in the summer of 2019. At 27 locations in France, the Netherlands, Denmark and Germany, they took samples of young grasses and local environmental conditions in salt marshes and dunes. Based on previous findings of Reijers, the researchers expected that plants might adapt their spatial growth to the amount of physical stress from wind and water that individual plants experience. This appeared to be the case in the dunes, but not in the salt marsh, leading to two scientific publications.

Lammers and Van de Ven were pleasantly surprised that, after almost four years of research, both articles were published on the same day by coincidence. Valérie Reijers: "Together, they show that clonally expanding grasses can have specific growth patterns that deviate from random growth patterns, that some species have a flexible growth pattern and others not and that while some species adapt their growth pattern to maximize flow attenuation, others on the contrary, avoid physical stress."

Differences in dune form due to shoot growth

In her publication in Ecosystems, Carlijn Lammers focuses on the influence of young specimens of sand couch (Elytrigia juncea) and marram grass (Ammophila arenaria) on dune formation. Sand couch was found to grow more scattered than marram grass, which grows in a wide variety of patterns. This difference also reflects their difference in dune formation: sand couch builds low and wide dunes and marram grass forms high and narrow dunes.

Surprisingly, the spatial shoot organisation of sand couch was consistent regardless of the environment, while in marram grass the researchers found a wide variation in patterns. Lammers: "We suspect that sand couch weighs the risk of flooding against the potential benefits, such as higher nutrient supply and lower burial rate, while marram grass maximises sand uptake to avoid flooding altogether."

Salt marsh grass avoids stress at an early age

In Functional Ecology, Clea van de Ven describes that English cordgrass (Spartina anglica) in salt marshes always clusters its shoots, regardless of environmental conditions. In a follow-up experiment, she shows that this growth form reduces erosion around the plant.

Van de Ven: "The results show that young plants initially follow a shoot organisation that avoids physical stress. They do this by minimising their impact on the habitat, rather than immediately trying to modify the environment to their own advantage. The clustered shoot pattern of young plants looks different from that of mature plants. When plants are still young, clustering helps them to avoid stress."

Jong gras volgt verschillende groeistrategieën op kwelders en in duinen

Scheuten van een jong grasplantje in de kwelder groeien in clusters bij elkaar, ongeacht factoren in hun omgeving. In de duinen, daarentegen, hangt de manier waarop jong gras scheuten verspreidt af van de soort en de leefomgeving. Met hun uiteenlopende groeistrategieën gaan jonge grasplantjes zo op verschillende manieren om met de dynamiek van hun omgeving en geven ze hun landschap vorm. Dat publiceerden onderzoekers van NIOZ en de universiteiten in Groningen en Utrecht afgelopen week op dezelfde dag in de twee wetenschappelijke tijdschriften Ecosystems en Functional Ecology.

Grassen zijn de belangrijkste bouwers van duin- en kwelderecosystemen in Noordwest-Europa. Ze vormen de eerste buffer tegen zeestormen en overstromingen, en zijn bovendien de basis van een heel ecosysteem: net als bomen in een bos herbergen ze tientallen soorten en maken daarmee vele functies voor de leefomgeving mogelijk.

Volgroeide grasplanten breken de stroming van water of wind, waardoor zand en klei in het water of in de lucht bezinken en de planten zo het landschap opbouwen. Maar op veel plaatsen wereldwijd hebben duinen en kwelders te maken met erosie, en ze blijken moeilijk te herstellen. Promovendi Carlijn Lammers en Clea van de Ven onderzochten de manier waarop jonge grasplanten zich in het dynamische kustgebied kunnen vestigen. Uiteindelijk beïnvloeden eigenschappen zoals het ruimtelijk groeipatroon van de grassen hun eigen overlevingskans en daarmee hoe ze het landschap vormen.

Met een camper langs de Europese kust

Samen met onderzoeker Valérie Reijers, van Universiteit Utrecht, reisden Lammers en Van de Ven in de zomer van 2019 in een camperbusje de Noordwest-Europese kust af. Op 27 locaties in Frankrijk, Nederland, Denemarken en Duitsland namen ze in kwelders en duinen monsters van jonge grassen en hun omgeving. Op basis van eerdere bevindingen van Reijers verwachtten de onderzoekers dat de planten hun ruimtelijke groei mogelijk aanpassen aan de lokale hoeveelheid fysieke stres door wind en waterstroming. Dat bleek wel het geval in de duinen, maar niet in de kwelder. Het onderzoek leidde tot twee wetenschappelijke publicaties.

Lammers en Van de Ven zijn blij verrast dat beide artikelen na bijna vier jaar onderzoek door toeval op dezelfde dag zijn gepubliceerd. Valérie Reijers: “Samen laten ze zien dat klonaal uitbreidende grassen specifieke groeipatronen kunnen hebben die afwijken van een willekeurige patroon, dat sommige soorten flexibel zijn in hun groeipatroon en dat kustplanten met hun groeipatroon hun leefomgeving maximaal aanpassen óf dat juist vermijden.”

Verschillen in duinvorm door groei van scheuten

Carlijn Lammers focust in haar publicatie in Ecosystems op de invloed van jonge exemplaren van biestarwegras (Elytrigia juncea) en helmgras (Ammophila arenaria) op het vormen van duinen. Biestarwegras blijkt meer verspreid te groeien dan helmgras, dat groeit in een grote variatie aan patronen. Dat verschil weerspiegelt ook hun verschil in duinbouw: biestarwegras bouwt lage en brede duinen en helmgras vormt hoge en smalle duinen.

Verrassend genoeg was de ruimtelijke scheutorganisatie van biestarwegras consistent, ongeacht de omgeving, terwijl de onderzoekers bij helmgras een grote variatie in patronen vonden. Lammers: “We vermoeden dat biestarwegras het risico van overstroming afweegt tegen de mogelijke voordelen, zoals een hogere toevoer van voedingsstoffen en een lagere begravingssnelheid, terwijl helmgras de opname van zand maximaliseert om overstroming volledig te vermijden.”

Kweldergras vermijdt stress op jonge leeftijd

In Functional Ecology beschrijft Clea van de Ven dat Engels slijkgras (Spartina anglica) in kwelders zijn scheuten altijd clustert, ongeacht de milieuomstandigheden. In een vervolgexperiment laat ze zien dat die groeivorm de erosie rond de plant vermindert.

Van de Ven: "De resultaten tonen aan dat jonge planten aanvankelijk een scheutorganisatie volgen die fysieke stress vermijdt. Dat doen ze door hun invloed op de leefomgeving te minimaliseren, in plaats van onmiddellijk te proberen de omgeving in hun eigen voordeel aan te passen. Het geclusterde scheutpatroon van jonge planten ziet er anders uit dan bij volwassen planten. Als planten nog jong zijn, helpt clustering hen bij het vermijden van stress."