Accommodating Ontologies to Biological Reality—Top-Level Categories of Cumulative-Constitutively Organized Material Entities

BACKGROUND: The Basic Formal Ontology (BFO) is a top-level formal foundational ontology for the biomedical domain. It has been developed with the purpose to serve as an ontologically consistent template for top-level categories of application oriented and domain reference ontologies within the Open Biological and Biomedical Ontologies Foundry (OBO). BFO is important for enabling OBO ontologies to facilitate in reliably communicating and managing data and metadata within and across biomedical databases. Following its intended single inheritance policy, BFO's three top-level categories of material entity (i.e. ‘object’, ‘fiat object part’, ‘object aggregate’) must be exhaustive and mutually disjoint. We have shown elsewhere that for accommodating all types of constitutively organized material entities, BFO must be extended by additional categories of material entity. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Unfortunately, most biomedical material entities are cumulative-constitutively organized. We show that even the extended BFO does not exhaustively cover cumulative-constitutively organized material entities. We provide examples from biology and everyday life that demonstrate the necessity for ‘portion of matter’ as another material building block. This implies the necessity for further extending BFO by ‘portion of matter’ as well as three additional categories that possess portions of matter as aggregate components. These extensions are necessary if the basic assumption that all parts that share the same granularity level exhaustively sum to the whole should also apply to cumulative-constitutively organized material entities. By suggesting a notion of granular representation we provide a way to maintain the single inheritance principle when dealing with cumulative-constitutively organized material entities. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: We suggest to extend BFO to incorporate additional categories of material entity and to rearrange its top-level material entity taxonomy. With these additions and the notion of granular representation, BFO would exhaustively cover all top-level types of material entities that application oriented ontologies may use as templates, while still maintaining the single inheritance principle

Priority areas in the Soil Framework Directive: significance of soil biodiversity and ecosystem services

Dit rapport is in het Engels verschenen als rapport 607370002Bij een afname van het organischestofgehalte of bij verdichting van de bodem daalt de bodembiodiversiteit. Een daling van de bodembiodiversiteit zal de bodem ook minder goed in staat stellen om zogenaamde ecosysteemdiensten te leveren, zoals agrarische productie, schoon grond- en oppervlaktewater en de regulering van het klimaat. Dit is de uitkomst van een verkenning naar relaties tussen organischestofgehalte, bodemverdichting en de bodembiodiversiteit. De conclusies van de verkenning zijn gebaseerd op een combinatie van informatiebronnen, namelijk literatuuronderzoek, gegevens uit het landelijke meetprogramma met de Bodembiologische Indicator en best professional judgment. In de concepttekst van de Kaderrichtlijn Bodem van de Europese Unie worden zeven bodembedreigingen onderscheiden. Afname van het organischestofgehalte en bodemverdichting zijn de twee bedreigingen die het meest relevant zijn voor Nederland. Ze hangen samen met intensief landbouwkundig bodembeheer. Het behoud van biodiversiteit is een criterium dat een rol speelt bij alle bedreigingen van de bodem. De afname van de bodembiodiversiteit kan een factor zijn bij het aanwijzen van zogenaamde prioritaire gebieden voor deze bedreigingen. In dit rapport is een eerste stap gezet tot opheldering van de relatie tussen de bodembiodiversiteit en een afname van het organischestofgehalte of bodemverdichting. Het onderzoek is bedoeld om Nederland voor te bereiden op de invoering van de Kaderrichtlijn Bodem.Soil biodiversity decreases when soil organic matter declines or when soil is compacted. A decrease in biodiversity may threaten the performance of so called ecosystem services, like agricultural production, clean up of groundwater and surface water and climate regulation. This is the outcome of a quick scan aiming at elucidation of the relationship between organic matter decline, soil compaction and soil biodiversity. The quick scan was based on a combination of information sources like literature data, data from biological measurements in a nationwide soil monitoring network and best professional judgment. Seven soil threats are distinguished in the draft text of the Soil Framework Directive of the European Commission. Soil organic matter decline and soil compaction are the most relevant for the Netherlands due to intensive agricultural land management. Loss of soil biodiversity should be considered when addressing priority areas for organic matter decline and compaction. This report describes the first steps towards a clarification of the relationship between soil biodiversity and the decline of soil organic matter or the soil compaction. The investigations aim to support the Netherlands preparing for the ratification of the Soil Framework Directive.VROM-D

Prioritaire gebieden in de Kaderrichtlijn Bodem. Belang van bodembiodiversiteit en ecosysteemdiensten

Dit rapport is Engelse vertaling van rapport 607370001Bij een afname van het organischestofgehalte of bij verdichting van de bodem daalt de bodembiodiversiteit. Een daling van de bodembiodiversiteit zal de bodem ook minder goed in staat stellen om zogenaamde ecosysteemdiensten te leveren, zoals agrarische productie, schoon grond- en oppervlaktewater en de regulering van het klimaat. Dit is de uitkomst van een verkenning naar relaties tussen organischestofgehalte, bodemverdichting en de bodembiodiversiteit. De conclusies van de verkenning zijn gebaseerd op een combinatie van informatiebronnen, namelijk literatuuronderzoek, gegevens uit het landelijke meetprogramma met de Bodembiologische Indicator en best professional judgment. In de concepttekst van de Kaderrichtlijn Bodem van de Europese Unie worden zeven bodembedreigingen onderscheiden. Afname van het organischestofgehalte en bodemverdichting zijn de twee bedreigingen die het meest relevant zijn voor Nederland. Ze hangen samen met intensief landbouwkundig bodembeheer. Het behoud van biodiversiteit is een criterium dat een rol speelt bij alle bedreigingen van de bodem. De afname van de bodembiodiversiteit kan een factor zijn bij het aanwijzen van zogenaamde prioritaire gebieden voor deze bedreigingen. In dit rapport is een eerste stap gezet tot opheldering van de relatie tussen de bodembiodiversiteit en een afname van het organischestofgehalte of bodemverdichting. Het onderzoek is bedoeld om Nederland voor te bereiden op de invoering van de Kaderrichtlijn Bodem.Soil biodiversity decreases when soil organic matter declines or when soil is compacted. A decrease in biodiversity may threaten the performance of ecosystem services such as agricultural production, groundwater and surface water cleaning and climate regulation. This is the outcome of a quick scan that aims to clarify the relationship between organic matter decline, soil compaction and soil biodiversity. The quick scan was based on a combination of information sources, such as literature reviews, biological monitoring data from a nationwide soil monitoring network and best professional judgment. Seven soil threats are distinguished in the draft text of the Soil Framework Directive of the European Commission. Soil organic matter decline and soil compaction are the most relevant for the Netherlands due to intensive agricultural land management. Loss of soil biodiversity should be considered when identifying priority areas requiring protection from organic matter decline and compaction. This report describes the first steps in clarifying the relationship between soil biodiversity and decline in soil organic matter or soil compaction. The objective is to support the Netherlands in preparing for ratification of the Soil Framework Directive.VROM-D

Biological Indicator for Soil Quality 1999. Ecological quality of Dutch pastures on sandy soil in relation to grazing intensity

Het project Bodembiologische Indicator (BoBI) heeft tot doel een meetmethode op te zetten om de biologische bodemkwaliteit in beeld te brengen en te kwantificeren. De ontwikkeling van BoBI is een meerjarige activiteit waarin veldbiologische gegevens worden verzameld over de diversiteit (aantallen en samenstelling) van bodemorganismen en het verloop van processen. De volgende groepen organismen zijn in het onderzoek betrokken: 1) microorganismen; 2) nematoden; 3) potwormen; 4) regenwormen; 5) mijten en springstaarten; en daarnaast de potentiele koolstof- en stikstofmineralisatie. In het totaal werden 63 indicatoren gebruikt om de biologische bodemkwaliteit te beschrijven. Het onderzoek is gekoppeld aan het Landelijk Meetnet Bodemkwaliteit (LMB). In 1999 is het meetprogramma van start gegaan voor een periode van 5 jaar. In dat meetjaar werden drie categorieen van graslanden op zandgrond onderzocht. Een groep van 10 biologische bedrijven werd als referentie gekozen voor 19 extensieve en 20 intensieve melkveehouderij bedrijven uit het LMB. Bij de extensieve bedrijven verschilde er 13 indicatorwaarden (21%) significant van de biologische bedrijven. In de categorie intensief waren dit er 17 (27%). Wanneer gekeken wordt naar de specifieke diversiteitsmaten (bijv. aantal soorten), dan had het merendeel, respectievelijk 59% en 71%, lagere waarden op de extensieve- en intensieve melkveehouderijbedrijven. Indien de indicatorwaarden van de biologische bedrijven op 100% worden gesteld, levert het gemiddelde van alle afwijkingen de volgende Bodemkwaliteitsindexen op: BKX(extensief)= 73%; BKX(intensief)= 67%.The project Biological Indicator for Soil Quality (BISQ) has its roots in the Convention on Biological Diversity (Rio de Janeiro, 1992) and in the additional research programme of the Dutch government. The main object of the project is to develop quality standards for functional diversity of soil organisms outside protected area's, to fill the gaps in knowledge in the functional aspects of biodiversity. This report describes the measurements that were made in the first year (1999) of the biological monitoring programme. The investigated categories are pastures of (19) extensive and (20) intensive cattle farms on sandy soils. Ten organic cattle farms were used as a reference. The following groups of biota and indicators were assessed: 1) micro-organisms; 2) nematodes; 3) enchytraeids; 4) earth worms; 5) micro-arthropods; 6) potential carbon and nitrogen mineralisation. Results of ecological measurements are integrated in a so-called Amoeba-diagram. It shows the deviance of the individual indicator from the reference value. In the extensive farms 13 of the 63 indicators were significantly different from the reference. In the category intensive 17 out of 63. Of the specific diversity indicators 59% had lower values in extensive farms and 71% in intensive farms. The mean deviation of all the indicators was expressed as a Soil Quality Index (SQI). The SQI of extensive and intensive farms was 73% respectively 67% of the reference.VROM/DGM/BW

Ecological quality of the soil

In dit rapport wordt beschreven wat ecologische kwaliteit van bodem is, en op welke wijze deze gekwantificeerd kan worden. In bodem vinden een groot aantal processen plaats, die van belang zijn voor de mens (nutsfuncties), omdat ze bijdragen aan bijvoorbeeld de voedselvoorziening, het type en de kwaliteit van de natuur en de levering van schoon grondwater (voor de productie van drinkwater). Bodemorganismen spelen een belangrijke rol in die processen. Bij een duurzaam gebruik van de bodem is het van belang, om de bodemorganismen zodanig te gebruiken en te beheren, dat deze processen ook voor de toekomst gewaarborgd zijn. Hierbij moet ook de mogelijkheid beschikbaar blijven om het bodemgebruik te veranderen. Ter onderbouwing van het duurzaamheidsbeleid van de bodem wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een bodembiologische indicator (BoBI) voor gebruik op nationale schaal. Daarvoor worden ecologische gegevens over de soortdiversiteit, het aantal organismen per soort en de activiteit van de organismen verzameld. Ten behoeve van het beleid moet een karakteriseringsysteem van de bodem worden ontwikkeld in de termen van 'goed' en 'slecht'. In dit rapport worden twee benaderingen beschreven om tot dergelijke kwaliteitscriteria te komen op basis van de tot dusver verzamelde data. 1) De mechanistische of functionele methode. Hierbij wordt nagegaan welke combinatie van nutsfuncties op een bepaalde plek gewenst is en vervolgens wordt de samenstelling van het daarbij behorende 'goede' bodemecosysteem beschreven met behulp van statistische interpretatie van de verzamelde bodemecologische data. 2) De statistische methode. Bij deze methode wordt voor een bepaalde combinatie van grondsoort en bodemgebruik bodemecologische data van een groep van geografische referenties verzameld en op basis daarvan wordt dan aangegeven wat de optimale samenstelling van het bodemecosysteem type is. Bij de toepassing van de indicator zou dan, in beide benaderingen, moeten worden aangegeven, in hoeverre de huidige kwaliteit voldoet aan de criteria van de gewenste kwaliteit. Vanwege de complexiteit van de materie wordt voorgesteld beide benaderingen onafhankelijk van elkaar te ontwikkelen volgens het principe van multiple lines of evidence. Idealiter zullen beide benaderingen uiteindelijk tot een overeenkomend resultaat leiden. Tenslotte wordt een verdere ontwikkeling van de indicator voor toepassing op internationale en lokale schaal besproken.This report describes the meaning of ecological quality of soil and two ways to quantify such quality. A high number of processes takes place in the soil. These processes are important for mankind (ecosystem services) as they contribute to, e.g., food production, the quality and type of nature and the production of clean groundwater (for the drinking water production). The role of soil organisms is important in these processes. For a sustainable use of the soil it is important to use and manage the soil organisms in a way that these processes are secured for the future. Also a change in soil use must always be possible. To facilitate a sustainability policy for the soil a biological indicator for soil quality (BISQ) is being developed, which is designed for application on a national scale. Therefore ecological data are collected on species diversity, species abundance and activity of soil organisms. For environmental policy making a system must be developed to characterise the ecological quality of soil as 'good' or 'bad', or in a sense of 'desired' and 'undesired'. Two ways to derive quality criteria for soil based on interpretation of the collected data are described. The mechanistic or functional method: In this method the wanted combination of ecosystem services on a certain place is determined and subsequently the optimal biodiversity within such an ecosystem is deduced by statistic interpretation of soil ecological data that have been collected. The statistic method: In this method for a certain combination of land-use and soil type data are collected from a group of reference locations that have been classified on beforehand as 'good'. Based on these data, a statistically derived optimal composition of an ecosystem type is given, with the label 'good quality'. In the application of the indicator, in both approaches it is possible to formulate how far a present local quality satisfies the desired state. Because of the complexity of the subject it is proposed to use both approaches independently in further development according to the 'multiple lines of evidence' principle. Ideally both approaches will lead to corresponding results. Finally the further development of the indicator for application on both international and local scale is discussed.VROM-DGM-BW

An indicator system for soil ecosystem services : Life support functions revisited

Ecosysteemdiensten en natuurlijk kapitaal van de bodem kunnen gemeten worden met een brede set indicatoren. Een karakteristieke set bestaat uit biologische bodemindicatoren, abiotische bodemindicatoren en systeemgerichte indicatoren. Een aantal chemische en biologische bodemindicatoren is eerder toegepast in het Landelijk Meetnet Bodemkwaliteit. Om ecosysteemdiensten te beoordelen zijn ook fysische en systeemgerichte indicatoren nodig. Dit rapport is de uitkomst van een multicriteria-analyse waarin de bruikbaarheid van indicatoren voor toepassing in een meetnet werd geschat door twaalf deskundigen in de bodemkunde, de bodemecologie en het agrarische bodemadvies. De indicatoren zijn ook bruikbaar voor metingen van het Natuurlijk Kapitaal van de bodem en om praktische instrumenten te ontwerpen waarmee het lokale bodembeheer en de gebiedsinrichting ondersteund kunnen worden. Dit leidt tot een betere benutting van de ecosysteemdiensten van de bodem.Soil ecosystem services can be measured with a comprehensive set of indicators. A typical set is composed of soil biological and abiotic indicators and system-oriented indicators. A number of the biological and chemical indicators have been used in the National Soil Quality Monitoring Network. For a reliable assessment of soil ecosystem services the indicator set has to contain structure and system-oriented indicators as well. This report is the result of a multicriteria analysis for the evaluation of the usefulness of indicators, which was performed by twelve professionals in soil science, soil ecology and agricultural consultancy. The indicators can also be used for the measurement of the Natural Capital of soils and for the development of practical indicator sets to support local soil and landscape management. This will ultimately lead to a more optimal use of soil ecosystem services.Ministerie van I&

Soil ecosystem profiles- Sustainable land-use with references for a healthy soil

Twee kwaliteitsreferenties voor een 'gezonde' bodem werden opgesteld, als onderdeel van het raamwerk voor duurzaam bodemgebruik, namelijk voor melkveehouderij op zandgrond en voor halfnatuurlijk grasland op zandgrond. De referenties bestaan uit getalswaarden voor chemische, fysische, biologische en andersoortige parameters. Een stapsgewijze aanpak werd ontwikkeld voor de selectie van de krachtigste indicatoren waarmee de gezondheid van de bodem bepaald kan worden. De aanpak gaat uit van de 'ecologische diensten' van de bodem zoals bodemvruchtbaarheid, weerstand tegen stress en flexibiliteit, de bodem als buffer en reactor, en biodiversiteit. De kwaliteitsreferenties en de stapsgewijze aanpak zijn in opdracht van het Ministerie van VROM opgesteld. De gegevens zijn afkomstig uit het databestand van de langjarige monitoring met de Bodembiologische indicator (Bobi) in het Landelijk Meetnet Bodemkwaliteit (LMB). De achtergrond is het veranderende bodembeleid: niet meer de bescherming van de bodem staat centraal, maar de duurzaamheid van het bodemgebruik.The coming years will see a transformation in the Dutch policy for soil protection, with the focus shifting from soil protection to sustainable use of the soil. Within the framework for sustainable land use, the Dutch Ministry of Housing, Spatial Planning and the Environment (VROM) requested RIVM and other institutes to formulate quality references for a 'healthy' soil. Two references were formulated: one for dairy farming on sandy soil and one for natural grassland on sandy soil. References are represented by numerical values for chemical, physical, biological and other parameters. Data for determining references were derived from the database of the soil biological indicator sub-set of the Dutch Soil Monitoring Network. A step-by-step approach was developed to select key parameters from the indicator sub-set. This approach was based on the so-called soil 'ecosystem services', i.e. soil fertility, resistance and resilience against stress and disturbance, the buffer and reactor capacity of the soil, and biodiversity. 'Soil health' can therefore be assumed to be determined with the key parameters only.VROM-DGM-BW

Soil ecosystem profiles- Sustainable land-use with references for a healthy soil

The coming years will see a transformation in the Dutch policy for soil protection, with the focus shifting from soil protection to sustainable use of the soil. Within the framework for sustainable land use, the Dutch Ministry of Housing, Spatial Planning and the Environment (VROM) requested RIVM and other institutes to formulate quality references for a 'healthy' soil. Two references were formulated: one for dairy farming on sandy soil and one for natural grassland on sandy soil. References are represented by numerical values for chemical, physical, biological and other parameters. Data for determining references were derived from the database of the soil biological indicator sub-set of the Dutch Soil Monitoring Network. A step-by-step approach was developed to select key parameters from the indicator sub-set. This approach was based on the so-called soil 'ecosystem services', i.e. soil fertility, resistance and resilience against stress and disturbance, the buffer and reactor capacity of the soil, and biodiversity. 'Soil health' can therefore be assumed to be determined with the key parameters only.Twee kwaliteitsreferenties voor een 'gezonde' bodem werden opgesteld, als onderdeel van het raamwerk voor duurzaam bodemgebruik, namelijk voor melkveehouderij op zandgrond en voor halfnatuurlijk grasland op zandgrond. De referenties bestaan uit getalswaarden voor chemische, fysische, biologische en andersoortige parameters. Een stapsgewijze aanpak werd ontwikkeld voor de selectie van de krachtigste indicatoren waarmee de gezondheid van de bodem bepaald kan worden. De aanpak gaat uit van de 'ecologische diensten' van de bodem zoals bodemvruchtbaarheid, weerstand tegen stress en flexibiliteit, de bodem als buffer en reactor, en biodiversiteit. De kwaliteitsreferenties en de stapsgewijze aanpak zijn in opdracht van het Ministerie van VROM opgesteld. De gegevens zijn afkomstig uit het databestand van de langjarige monitoring met de Bodembiologische indicator (Bobi) in het Landelijk Meetnet Bodemkwaliteit (LMB). De achtergrond is het veranderende bodembeleid: niet meer de bescherming van de bodem staat centraal, maar de duurzaamheid van het bodemgebruik

Typeringen van bodemecosystemen in Nederland met tien referenties voor biologische bodemkwaliteit

Het RIVM heeft samen met diverse kennisinstituten tien veel voorkomende bodems gekarakteriseerd waar de bodemkwaliteit op orde is, zogeheten referenties voor biologische bodemkwaliteit (RBB). Hier bestonden nog geen criteria voor. Deze referenties kunnen als streefbeeld gebruikt worden om bodemgebruik duurzamer te maken. De referenties zijn bepaald voor tien combinaties van bodemgebruik (onder andere melkveehouderij, akkerbouw en heide) en bodemtype (zand, veen, klei en loss). Dit is representatief voor driekwart van het bodemoppervlak van Nederland. Diverse onderzoekers, onder andere op het gebied van bodemecologie, microbiologie en agrarisch bodembeheer, hebben locaties geselecteerd die volgens hun maatstaven een relatief goede bodemkwaliteit hebben. Hiervoor maakten zij gebruik van de gegevens van het Landelijk Meetnet Bodemkwaliteit (LMB) over de toestand van de bodem. Op basis van deze informatie zijn de tien referenties bepaald. Het rapport bevat ook gemiddelde waarden van de biologische, chemische en fysische eigenschappen van de bodem, evenals een maat voor de spreiding van de gegevens. De mate waarin bodemorganismen voorkomen en hun diversiteit zijn ook beschreven.The RIVM (Dutch abbreviation for National Institute for Public Health and the Environment) and other institutes have described ten soil ecosystem profiles, or 'biological soil quality references', based on soil quality as inferred from existing empirical evidence. This is a pilot study, since no specific protocol has been established yet. The aim is to use these new references as benchmarks in the implementation of a more sustainable use of soils. References were derived from a combination of data on land use (e.g. dairy farms, arable fields and heathlands) and soil type (sand, peat, clay and Loess). Soils types covering about three-quarters of the surface of the Netherlands are studied in this report. Several participants, with expertise ranging from soil ecology and microbiology to rural management, selected sites where they believed data to be representative of good soil quality. To do this, they used soil monitoring data from the Netherlands Soil Monitoring Network (in Dutch: LMB). The ten references were derived from empirical data. This report provides also the averages and frequency distributions of soil biological, chemical and physical soil characteristics. The occurence of soil organisms has also been described, as well as their biodiversity.VROM-BW

Soil system profiling in the Netherlands with ten references for biological soil quality

Het RIVM heeft samen met diverse kennisinstituten tien veel voorkomende bodems gekarakteriseerd waar de bodemkwaliteit op orde is, zogeheten referenties voor biologische bodemkwaliteit (RBB). Hier bestonden nog geen criteria voor. Deze referenties kunnen als streefbeeld gebruikt worden om bodemgebruik duurzamer te maken. De referenties zijn bepaald voor tien combinaties van bodemgebruik (onder andere melkveehouderij, akkerbouw en heide) en bodemtype (zand, veen, klei en loss). Dit is representatief voor driekwart van het bodemoppervlak van Nederland. Diverse onderzoekers, onder andere op het gebied van bodemecologie, microbiologie en agrarisch bodembeheer, hebben locaties geselecteerd die volgens hun maatstaven een relatief goede bodemkwaliteit hebben. Hiervoor maakten zij gebruik van de gegevens van het Landelijk Meetnet Bodemkwaliteit (LMB) over de toestand van de bodem. Op basis van deze informatie zijn de tien referenties bepaald. Het rapport bevat ook gemiddelde waarden van de biologische, chemische en fysische eigenschappen van de bodem, evenals een maat voor de spreiding van de gegevens. De mate waarin bodemorganismen voorkomen en hun diversiteit zijn ook beschreven.RIVM and other institutes described ten soil system profiles (the so-called biological soil references) according to the soil quality as inferred from existing empirical evidence of previously investigated sites. This is a pilot study, since no specific protocol has yet been established. These new references aim to be used as benchmarks to implement a more sustainable use of soils. References were derived from a combination of data from land-use (e.g. dairy farms, arable fields and heathlands) and soil type (sand, peat, clay and loess). Our approach covers the soils of about three-quarters of the surface of the Netherlands. Several scientists, with expertise ranging from soil ecology and microbiology up to rural management, selected sites where data was seen by them as representative of good soil quality. For this purpose these scientists used soil monitoring data from the Netherlands Soil Monitoring Network (in Dutch: LMB). The ten references were derived from empirical data. This report also provides the averages and frequency distributions of biological, chemical and physical soil characteristics. The extent to which soil organisms occur has been described as well as their biodiversity.VROM-BW