Transpirace a evapotranspirace v ekofyziologii lesních dřevin
Radek Pokorný, Zdeňka Klimánková, Otmar Urban, Lenka Krupicová, Zuzana Zvěřinová
Laboratoř ekologické fyziologie lesních dřevin, Ústav ekologie krajiny AV ČR
V současnosti nejpoužívanější metody v ekofyziologii lesních dřevin k ocenění složek výparu : gazometrické tepelné bilance tepelných pulzů lyzimetry aerodynamické vířivé kovariance
Popis porostu : • • • •
Experimentální ekologické pracoviště Bílý Kříž porost smrku ztepilého (Picea abies [L.] KARST.) poloha: svah 13,5°, expozice J nadmořská výška 892 - 904 m n.m. v roce 2004: Věk porostu
23
let
Hustota porostu
2044
[ks.ha-1]
Průměrná výška porostu
10.9
m
Průměrná výčetní tloušťka kmene
13.0
cm
Index listové plochy
12.1
[m2.m-2]
Metoda vířivé kovariance • stanovuje celkovou evapotranspiraci porostu • přístroj InSituFlux Systém, Švédsko • zařízení pro měření lokálních povrchových toků pohybové energie, zjevného tepla, vodní páry a oxidu uhličitého mezi porostem a přízemní vrstvou atmosféry
ultrasonický anemometr na meteorologické věži ve výšce 15 metrů nad povrchem země
• souběžné měření rychlosti a směru jednotlivých vírů vzduchu a s nimi spojených okamžitých koncentrací CO2 a vodní páry
• infračervený analyzátor plynů • PC se softwarem
Metoda tepelných pulsů • měření rychlosti transpiračního proudu na úrovni jednotlivých stromů • je založena na úvaze, že všechna voda využívaná rostlinou projde stonkem (kmenem) • Sapflow Meter SF300 (Greenspan Technology, Austrálie)
• rychlost proudu odvozena z pohybu tepelné vlny v krátkodobě zahřáté části kmene
• vodivá část běle
•
systém nainstalován na 10 jedincích smrku ztepilého
•
kampaně měření v roce 2004: 7. – 14.5. 25.6. – 12.7. 23. – 26.8.
•
přepočtovým faktorem na úroveň porostu byla plocha vodivé části běle
• metoda tepelných pulzů: Specifická rychlost transpiračního toku
-2
0.015
SSF[l hr cm ]
0.02
-1
0.025
0.01 0.005 0 7-14 May
Transpirace 0.40
• přepočet -1
TR [mm hr ]
• korekce nočních toků
0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
7-14 May
• metoda vířivé kovariance: Evapotranspirace 0.35 0.30
-1
ETR [mm hr ]
0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 -0.05
7-14 May
Srovnání metod: • vířivá kovariance:
- stanovení velikosti a tvaru území - nedostatečné turbulentní proudění - kondenzace vodních par v systému
0.40
HPV
EC
0.35
-1
ETR,TR [mm hr ]
0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 7-14 May
0.6
HPV
EC
ETR, TR [mm.hr
-1
]
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 25 June - 12 July
• bez korekce nelze srovnávat metodu HPV a EC • nelze stanovit evaporaci jako rozdíl ETR a TR
0.6
HPV
EC
-1
ETR, TR [mm.hr ]
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 23-26 August
• dosycování pletiv vodou ztracenou přes den transpirací
Metoda gazometrická • na základě měření změn koncentrace vodní páry v okolí listů lze stanovit rychlost jejího výdeje rostlinou • CIRAS - 1 (PP Systems)
• transpirace měřená na úrovni jehlice – letorostu • letorost se uzavírá do gazometrické komůrky
• měření zvlášť pro slunný a stinný typ letorostu • při různé ozářenosti FAR
• dopadající FAR na porost • čidlo BPV 21 • půlhodinové průměry
Výsledky • metoda gazometrická: 1.6
-2
-1
TR [mmol m s ]
2.0
1.2 0.8 0.4
Exposed
Shaded
0.0 0
200
400
600
800
1000
-2 -1 FAR [umol m s ]
• transpirace letorostu exponenciálně závisí na intenzitě dopadajícího FAR • rozdílná dynamika slunných a stinných letorostů
• přepočet na porostní úroveň: 1. Rozdílná rychlost transpirace slunných a stinných letorostů v závislosti na intenzitě dopadající FAR 2. Podíl slunného a stinného typu asimilačního aparátu a jeho velikost (listová plocha) 3. Heterogenita radiačního režimu v porostu 4. Stanovení míry spřažení jednotlivých pater korunové vrstvy s okolní atmosférou – omega faktor
Přepočet gazometrické metody na rychlost transpirace celého porostu bez zohlednění výše uvedených faktorů 1.6
HPV
EC
GMsun
GMsh
1.4
ETR, TR [mm hr-1]
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 23-26 August
CANFIB systém pro měření prostorové variability PAR uvnitř koruny stromu
diffuser restrictor optical cable photodiode
u p p e r
TREE FD_283
t r a n s i e n t l o w e r
d e a d
•
WHORL B no.
MEAN BL
MEAN BIA
•
I
4
30 CM
68°
•
II
6
60 CM
54°
•
III
4
100 CM
48°
•
IV
4
120 CM
54°
•
V
6
135 CM
62°
•
VI
6
160 CM
70°
•
VII
3
150 CM
68°
•
VIII
4
140 CM
74°
•
IX
4
140 CM
75°
•
X
2*
110 CM
75°
•
XI
1*
110 CM
75°
TREE D_283
Průměrná ozářenost PAR
160 140 120 100 80 60 40 20 0
R 1600 900 900 1400 800 800 700 1200 700 600 1000 600 500 800 500 400 600 400 300 300 400 200 200 200 100 1000 0 0 III
Shoot age class CC-1 R
Sunny day
(µmol.m-2.s-1)
Whorl
VI C-2 VI120 C-3
III III VI C-4 III 100 VI VI IX C-2 VI IX IX80C-3 IX IX 60 40 20 0
06:00 06:00 07:30 07:30 09:00 09:00 10:30 10:30 12:00 12:00 13:30 13:30 15:00 15:00 16:30 16:3018:00 18:00 VI, IX 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30
Průměrná ozářenost PAR
Shoot age class
600 400 90 700
80 350 600 500 70 300 500 400 60 250 400 50 300 200 300 40 150 200 30 200 100 20 100 100 50 10 0 000 III
(µmol.m-2.s-1)
Cloudy day
Whorl III
CRC-1 R
45 III VI_C-2 III
40 VI VI VI VI_C-3
IX
35 IX IX VI_C-4 30
IX_C-2 25
IX_C-3 20 15 10 5 0 06:00
06:00 06:00 06:00
07:30
09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 07:30 18:00 07:30 09:00 09:00 10:30 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 07:30 10:30 12:00 12:00 13:30 13:30 15:00 15:0016:30 16:30VI, 18:00 IX
AISA AirborneHyperspectral Systems (Specim, Finsko)
GPS / INS unit
Data AcquisitionPC
Sensor Head
CaliGeo Software FODIS
Retrieval of the bio-chemical and structural parameters of Norway spruce crowns using hyperspectral-directional remote sensing 3-D radiative transfer modelling
sun
NADIR HOTSPOT DARKSPOT
M ulti-angular spectral simulations in the radiative transfer model NADIR
sensor
ρHS
OFF NADIR
reflectance
Estimation of CHa+b, LAI, foliage clumping
θv = 48° ϕv = 225°
ρDS principal plane Hyperspectralimage of a very high spatial resolution (AISA sensor)
-90°
0°
90°
HOTSPOT
Shrnutí 1. Metoda gazometrická •
přesné stanovení transpirace na úrovni letorostu
•
přepočet na úroveň porostu: - podrobný monitoring radiačního režimu v koruně stromu - znalost velikosti listové plochy jednotlivých typů asimilačního aparátu
2. Metoda tepelných pulzů •
tok často nadhodnocen zvláště při nižších rychlostech a v nočních hodinách
•
měřeno dosycování pletiv vodou, ne samotná transpirace
•
potřeba řada čidel ke stanovení prostorové variability rychlosti transpirace
3. Metoda vířivé kovariance •
stanovení celkové evapotranspirace porostu
•
problematika footprintu
•
nedostatečné turbulentní proudění – vyloučení naměřených hodnot
•
kondenzace vodní páry v systému
•
podhodnocení různou měrou v závislosti na teplotní a vlhkostní diferenci atmosféra – analyzovaný vzorek – EC systém
•
při srovnání s HPV: - HPV neměří skutečnou transpiraci, ale tok vody v kmeni – časté nadhodnocení - srovnání možné po korekci dat obou metod
Děkuji za pozornost
© Z. Klimánková, R. Pokorný
