Mosseltelers in de Waddenzee en Oosterschelde gaan satellietgegevens over algenconcentraties gebruiken om hun oogsten te verbeteren. Nederlandse onderzoekers ontwikkelden een methode om de algenconcentraties in Nederlands zeewater vanuit de ruimte te meten.
Algenbloei wordt tot nu toe vooral voor de open oceanen door middel van satellieten in kaart gebracht. Wie kent niet de prachtige satellietbeelden met groene ‘wolken’ op het zeeoppervlak? In het Nederlandse zeewater zijn algen vaak niet zo goed zichtbaar omdat het water rijk is aan zwevende deeltjes zoals zand. Het Wageningse bedrijf Water Insight ontwikkelde samen met het Instituut voor Milieuvraagstukken (IVM) aan de VU een methode om met satellietfoto’s de algenconcentraties in de Waddenzee, Oosterschelde en Voordelta te bepalen.
Mosselen in een aquarium
Wikimedia Commons/Hans HillewaertSneller oogsten
Niet toevallig zijn déze waterplassen voor het onderzoek gekozen. Het zijn de plekken waar Nederlandse mosselen worden gekweekt of waar mosselzaad wordt geoogst. Kennis over het algenaanbod kan de mosseltelers in deze gebieden goed van pas komen. Annelies Hommersom, onderzoekster bij Water Insight: “Algen zijn voor mosselen de voornaamste voedselbron. Is het algenaanbod groter, dan groeien ze sneller en kunnen ze al na anderhalf jaar in plaats van twee jaar geoogst worden. Voor mosselvissers kan het dus interessant zijn om te weten waar de algenconcentratie optimaal is”.
Waterkwaliteit
In het door NWO-ALW gefinancierde project ALGWAD is een methode bedacht om satellietfoto’s om te zetten naar kaarten met algenconcentraties. “Deze kaarten zijn online voor de gebruiker beschikbaar,” vertelt Hommersom, die zich tijdens haar promotieonderzoek, tussen 2005 en 2011, al verdiepte in een methode om satellietbeelden om te zetten naar gegevens over de waterkwaliteit. De hoeveelheid algen is bijvoorbeeld een goed signaal voor eutrofiëring: de eencelligen gedijen beter in een milieu dat rijk is aan stikstof en fosfaat. De Waddenzee (in Nederland, Duitsland en Denemarken) en het Zweedse Lake Vänern dienden destijds als haar proeftuin.
Google Earth
“De meeste satellietfoto’s zijn niet geschikt om hiermee de waterkwaliteit te beoordelen,” licht Hommersom toe. “Voor beelden met een hoge resolutie, zoals bijvoorbeeld Google Earth, worden maar drie kleuren gemeten. Om de concentratie aan algen – en dus aan chlorofyl – te meten, hebben we optische beelden met hele specifieke spectrale banden nodig”.
“Aanvankelijk was ons idee om aan de hand van optische eigenschappen van kustwateren giftige algen te detecteren, om zo een waarschuwingssysteem voor de visserij te kunnen opzetten. Voor de Nederlandse visserijbranche bleken giftige algen bij nader inzien nauwelijks een bedreiging te zijn.”
Ongeschikt voor consumptie
In Noorwegen en Canada, vooral in British Columbia, heeft de visserij wel last van giftige algen, meestal bepaalde soorten dinoflagellaten die in hoge concentraties een rode gloed in het water veroorzaken (‘red tide’). Dat probleem speelt vooral in baaien, direct langs de kust, waar het water onvoldoende in beweging is. Dit kan ertoe leiden dat schelpdieren ongeschikt worden voor consumptie. Al ruim 70 jaar monitoren de Canadezen de algenconcentraties met het oog op PSP (paralytic shellfish poisoning).
In Nederland is dit probleem niet of nauwelijks aan de orde. Hommersom: “Als de giftige algen – zoals de ook in zwemwater ongewenste blauwalgen – al in ons zeewater voorkomen, dan is dat meestal in te lage concentraties om veel schade aan schelpdierpopulaties aan te richten. In dergelijke lage concentraties zouden we ze met satellietbeelden niet eens kunnen meten”.
Fingerprint
“We meten geen concentraties van soorten algen, maar we maken wel onderscheid tussen algengroepen die zich qua kleur onderscheiden,” vertelt Steef Peters, wetenschappelijk directeur bij Water Insight en tot volgende maand senior onderzoeker bij het IVM. Peters is al sinds 1994 bezig met remote sensing. “Er zijn groene, bruine en rode algen, maar ook goudalgen en ook vele soorten – ook giftige – blauwalgen. Mosselen eten vooral groene en bruine algen. Wij meten de pigmentsamenstelling aan de hand van de kleuren die de alg absorbeert. Zo absorberen groene algen lichtgolven van 665 nm (rood) en 440 nm (blauw). Voor algen met een bepaalde kleur kunnen we zo een spectrale fingerpint maken.”
Spectrale fingerprint van algen met verschillende kleuren. Ditzelfde principe gebruikten de onderzoekers ook voor de ontwikkeling van het WISP-instrument, waarmee de algenconcentratie in kweekbakken gemeten wordt. Ook hier is de kleur de maat voor de hoeveelheid chlorofyl, en dus voor de algenconcentratie.
IVM/VUChlorofylkaarten
Door gebruik te maken van een jarenreeks (vanaf 2006) van satellietbeelden waren Peters en Hommersom met deze spectrale fingerprints in handen in staat om zogeheten ‘chlorofylkaarten’ te maken die de algenconcentraties laten zien. Daarbij moesten zij zowel corrigeren voor de atmosferische invloeden op het licht (satellieten hangen hoog boven de aarde dus het licht gaat een lange weg door de atmosfeer), als voor ‘stoorzenders’ in het water zelf: zwevende deeltjes als zand en slib en stoffen die in het zeewater zijn opgelost.
“In de Noordzee en Waddenzee zie je een opeenvolging van algensoorten,” vertelt Hommersom. In het vroege voorjaar maken de kiezelwieren (ook een soort groene algen, ofwel diatomeeën) een groeispurt door en in de late lente is er een bloei van de blauwalg Phaeocystis. Als deze alg massal sterft, ontstaan de bekende schuimlagen op het strand. Vandaar de naam ‘schuimalg’.
Snelle groei in helder water
Uit de ‘historische’ chlorofylkaarten bleek dat net buiten de Oosterschelde, in de Voordelta, de algenconcentratie gemiddeld hoger lag dan in de Oosterschelde. Hommersom zoekt de verklaring in het helderdere water van de Noordzee: meer zonlicht bevordert de groei van algen sterk. “Voor mosseltelers kan dit bruikbare kennis zijn als zij naar nieuwe locaties zoeken,” aldus Hommersom. “Ook kunnen mosseltelers de timing van de oogst aanpassen op basis van de gegevens die zij uit de toekomstige real-time gegevens over algenconcentraties kunnen halen.”
Algwad Chlorophyll Maps 2006.
Water InsightENVISAT-satelliet
Voor de ontwikkeling van de chlorofylkaarten werden gegevens gebruikt afkomstig van het MERIS-instrument op Envisat, een satelliet van ESA. Deze kunstmaan was operationeel tussen 2002 en 2012, met tien meetinstrumenten aan boord, waaronder MERIS. In afwachting van de lancering van de ESA-satelliet Sentinel-3, een missie die in 2015 van start zal gaan, maken de onderzoekers voor real-time gegevens nu gebruik van NASA-satellieten met de meetinstrumenten MODIS en VIIRS, maar deze instrumenten leveren geen bruikbare gegevens op voor metingen in de Waddenzee.
Meer toepassingen
Hommersom ziet meer toepassingen in het verschiet. Nu ALGWAD is afgerond, zullen nieuwe toepassingen en gebruikers gezocht worden in het Europese vervolgproject Aqua-Users. Hierin wordt samengewerkt met onder meer Portugal en Denemarken. Hommersom: “Door beperkingen als gevolg van opgelegde visquota, een verbod op de boomkorvisserij en het aan banden leggen van visserij op wilde soorten wordt de kweek van vis (aquacultuur) steeds populairder. Ook mosselen zullen steeds vaker met kunstmatige ingrepen, zoals aan kabels, geteeld worden. Niet alleen kan met behulp van satellietbeelden het voedselaanbod worden bepaald, ook de beweging van algenbloei kan gevisualiseerd worden”.
Door het verbod op de vangst van wilde vissoorten en de toenemende vraag naar vis wereldwijd, is aquacultuur booming.
NOAA“Viskwekerijen zijn tegen schade door giftige algenpopulaties vaak verzekerd en het kan verzekeringen een hoop tijd en moeite schelen om online te controleren in plaats van ter plekke te bekijken of het verzekerde bedrijf inderdaad getroffen is en de schade te moeten opnemen. Ook kunnen met dit systeem viskwekerijen tijdig gewaarschuwd worden als er algenbloei in aantocht is.”