Vztah teploty vzduchu a tenzometrického tlaku půdní vody

Vztah teploty vzduchu a tenzometrického tlaku půdní vody Miloslav Šír1, Miroslav Tesař1, Ľubomír Lichner2 1

1

Ústav pro hydrodynamiku AVČR, Pod Paťankou 5, 166 12 Praha 6 2 Ústav hydrológie SAV, Račianska 75, 838 11 Bratislava

Úvod

Článek popisuje závislosti mezi teplotou vzduchu a tenzometrickým tlakem půdní vody na lokalitě Tomšovka (povodí Uhlířská, Jizerské hory) v období 23.–26. 8. 2001. Je doloženo, že příčinnou vazbu mezi oběma veličinami tvoří napětí vody ve xylemu v rostlině vznikající v důsledku transpirace. Silná transpirace způsobuje kolísání teploty vzduchu a kolísání tenzometrického tlaku půdní vody.

2

Experimentální území

Experimentální povodí Černé Nisy – Uhlířská o rozloze 1,87 km2 leží v západní části Jizerských hor cca 7 km od obce Bedřichov v okrese Jablonec nad Nisou. Průměrná nadmořská výška povodí je 822 m n. m., maximální výška je 870 m n. m., měrný profil je ve výšce 774 m. n. m. Délka povodí je 2,1 km, průměrná šířka je 0,89 km a průměrný sklon údolnice je 2,3 %. Průměrná délka svahů je 450 m. Území dnešního experimentálního povodí bylo v kalamitních těžbách počátkem osmdesátých let z 50 % odlesněno. Nová lesní výsadba je dnes v I. a II. věkové kategorii (do 20 let stáří). Klimatické a hydrologické poměry: Povodí leží v oblasti s nejvyšším srážkovým úhrnem v ČR, převyšujícím 1300 mm/rok, průměrná teplota je 6,5 ºC. Jedná se o oblast horského typu s průměrnou výškou 780 m n. m. Srážkoměrná pozorování za období 1901–1950: Srážkový úhrn ve vegetačním období (IV–IX) 781 mm a mimo vegetaci (X–III) 598 mm. Hydrologické údaje pro povodí Černé Nisy, Uhlířská (období 1931–1960) dle ČSN 75140: Srážkový úhrn 1400 mm/rok, odtok 1018 mm/rok, ztráty 382 mm/rok, průměrný roční průtok 63 l/s, specifický roční odtok 33,7 l/s/km2. Geologické a hydrogeologické poměry: Region Jizerských hor je budován granitoidními horninami variského krkonošsko – jizerského masivu. Základním horninovým typem je porfyrická středně zrnitá biotitická žula až granodiorit. V krystalinickém plášti se vyskytují metamorfity spodnoproterozoického a spodnopaleozoického stáří. Kvarterní pokryvné sedimenty mají malou mocnost. Jsou tvořeny převážně svahovými sutěmi se zvětralým substrátem, rašelinnými uloženinami a deluviofluvialními písčitími hlínami, často s příměsí úlomků hornin. Zlomové struktury z geologických map masívu vykazují SZ–JV orientaci. Metodami fotogeologie bylo určeno větší množství struktur s převládajícími směry SZ–JV, V–Z, SV–JZ. Hydropedologické poměry: Půdní profily lze na povodí Uhlířská schematicky rozdělit na dvě základní skupiny. Jednu tvoří půdní profily v horní části povodí, vzniklé na zvětralém žulovém substrátu, které patří do skupiny kambizemí se základním označením hnědé půdy kyselé s půdním podtypem oglejené půdy zrašelinělé. Z hlediska struktury jde o půdy hlinitopísčité až písčito hlinité s příměsí skeletu, z části velmi hrubého, bez výrazné struktury. Půdní profil je zpravidla tvořen 5 cm vegetačního krytu, 15–20 cm zrašelinělé humusové vrstvy černé barvy, 10 cm přechodové oglejené šedočerné jilovitohlinité vrstvy, 30 cm hnědé či okrové hlinito-písčité vrstvy a 30 cm eluviální žlutohnědé vrstvy, která plynule přechází do zvětralého žulového substrátu. V celém profilu se vyskytují výrazné poruchy ve formě spojitých vertikálních záteků oxidů železa. Druhou skupinu tvoří půdní profily ve dně údolí vzniklé ukládáním naplavenin, které jsou pokryty různě mocnou vrstvou rašeliny. Profil je zpravidla

tvořen 5 cm vegetačního krytu, 0,5–2 m rašeliny, 0,5–1 m jílovito-štěrkovité velmi kompaktní zeminy bez jakékoliv struktury, jejíž mocnost je v řádu několika metrů. Tyto rašelinové oblasti pokrývají 10 % povodí. Zbývající plochy povodí jsou tvořeny profilem hnědé půdy, která je v místech lokálního zaměření ve vrchní části profilu zrašelinělá. V povodí Uhlířská leží svahový transekt Tomšovka. Svahový půdní profil na bázi žuly je velmi mělký, v průměru dosahuje hloubky 1 m a je tvořený hnědou půdou s významným procentem skeletu. Přechod z půdního profilu do zvětralinového pásma žuly je pozvolný. Ve dně údolí se nachází povrchová vrstva velmi vlhké rašeliny o mocnosti 0,5–1,5 m, pod kterou leží zajílovaný štěrkopísek okrové barvy. To podporuje domněnku, že pod zajílovanou vrstvou, která utěsňuje mělkou zvodeň, kterou přímo drénuje povrchový odtok Černé Nisy, se nachází hlubší zvodeň, která je nepravidelně dotována hlubším svahovým oběhem vody.

Obr. 1: Tenzometrické tlaky hloubkách 15, 45 a 60 cm v období 23.–26. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská Na horním konci povodí je umístěna automatická klimatická stanice. V této časti v lese jsou umístěny dvě záchytné plochy pro měření podkorunových srážek. V druhé třetině povodí na pravém břehu toku se nachází sněhoměr, který měří kontinuálně výšku a vodní hodnotu sněhu, teplotu sněhu v různých výškách, teplotu a vlhkost vzduchu ve 2 m nad zemí. Po celém povodí jsou rozmístěny automatické srážkoměry (celkem 5), dále dva mlhoměry a v závěrovém profilu je umístěna limnigrafická stanice se záznamem hladiny, pH, a vodivosti. Na pravém břehu a u klimatické stanice jsou rozmístěny výpažnice pro měření vlhkosti půdy neutronovou sondou (celkem 32). Na monitorovacím svahu Tomšovka, v údolí a v lese, jsou rozmístěny tenzometry. Povodí Uhlířská je zařazeno do monitorovací sítě GEOMON, měří se na něm látkové toky (povrchový odtok, podkorunové srážky, srážky na volné ploše). Povodí provozuje ČHMÚ Praha. Výzkumné práce provádějí také další instituce – VÚV TGM Praha, ČVUT FSV Praha, ÚH AVČR Praha a ČGÚ Praha. Popis povodí byl zkompilován dle prací Chaloupský (1989), Šanda (1999), Šanda, Císlerová (2000), Van der Akker, Van Haselen (1995) a Tachecí, Císlerová (2003).

Měřící ústředna zaznamenává teplotu vzduchu ve výškách 5 a 200 cm nad terénem, teplotu půdy v hloubce 15 cm, tenzometrický tlak v hloubce 15, 45 a 60 cm a vlhkost půdy v 15 a 45 cm. Měřící interval ústředny je dlouhý 10 minut.

Obr. 2: Tenzometrický tlak v hloubce 15 cm, teplota půdy v hloubce 15 cm, teplota vzduchu 5 a 200 cm nad zemí v období 23.–26. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská

3

Popis jevu

Ukažme na příkladu dnů 23. a 24. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská, jak souvisí kolísání teploty vzduchu (ve výšce 5 a 200 cm nad terénem) s kolísáním tenzometrického tlaku půdní vlhkosti (v hloubce 15, 45 a 60 cm). Oba dny jsou slunečné a teplé, ranní teplota vzduchu je asi 10 až 12 ºC. Půda je mokrá, tenzometrický tlak v kořenové zóně půdy je –6 až –12 kPa. Jsou to tedy dny, ve kterých chladící efekt transpirace výrazně ovlivňuje teplotu vzduchu. Po oba dny v době mezi 11. a 17. hodinou osciluje teplota vzduchu v porostu i ve výšce 200 cm okolo hodnoty 25 ºC. V době, kdy osciluje teplota vzduchu, kolísá rovněž tenzometrický tlak v kořenové zóně půdy. Z našich měření vyplývá, že: a) Teplota vzduchu a tlaky v půdě kolísají v denním cyklu (obr. 2). b) Denní cyklus je každý den podobný (obr. 4 až 7 na konci článku). c) Půda je velice mokrá po celé hloubce profilu, tenzometrické tlaky se pohybují v rozmezí –2 až – 18 kPa (obr. 1). d) Polední teploty vzduchu jsou vysoké, přesahují 25 ºC. e) Teploty vzduchu ve výšce 200 cm jsou méně rozkolísané než ve výšce 5 cm (obr. 2). f) Teplota půdy je již v hloubce 15 cm po celé období prakticky neměnná (obr. 2). g) Velikost a směr změny tenzometrického tlaku za čtyřdenní období se liší v závislosti na hloubce. V hloubce 15 cm došlo k největšímu poklesu z –9 na –11 kPa, v hloubce 45 cm k menšímu poklesu z –14 na –15 kPa a v hloubce 60 došlo ke vzrůstu z –6 na –5 kPa. h) V souladu s poklesem tenzometrického tlaku v 15 a 45 cm plynule klesala i vlhkost půdy (obr. 3).

Obr. 3: Tenzometrický tlak v hloubce 15 cm, vlhkost půdy v hloubce 15 a 45 cm v období 23.–26. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská Tabulka 1: Období v průběhu dne 24. 8. 2001 období I II III IV

počátek (hod:min) 5:30 6:45 11:00 16:30

konec (hod:min) 6:45 11:00 16:30 22:30

chod teploty vzduchu prudké zahřívání zpomalené zahřívání oscilace teploty okolo 25 ºC chladnutí

V průběhu jednoho dne lze typicky rozeznat s rostoucím časem čtyři období (obr. 8 a tab. 1) v závislosti na průběhu teploty vzduchu v 5 cm: 1. Období I (prudké zahřívání) je ukončeno zlomem v růstu teplot, příp. lokálním teplotním maximem (bod A v obr. 8). Po celé období souběžně s růstem teploty roste tenzometrický tlak (tj. klesá napětí půdní vody). 2. V období II (zpomalené zahřívání) za trvalého růstu teploty dojde k jednomu cyklu poklesu (bod B v obr. 8) a následného růstu tenzometrického tlaku. 3. V období III (oscilace teploty okolo 25 ºC mezi body D a E v obr. 8) se střídají dvě fáze – fáze růstu teploty se současným růstem tenzometrického tlaku (tj. poklesem napětí půdní vody) a fáze poklesu teploty se současným poklesem tenzometrického tlaku (tj. růstem napětí půdní vody). Každá trvá asi 30 až 60 minut. 4. V období IV (chladnutí) klesá teplota vzduchu a roste tenzometrický tlak (tj. klesá napětí půdní vody).

Obr. 8: Tlak v hloubce 15 cm a teplota vzduchu v 5 cm nad zemí dne 24. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská Je otázkou, co způsobuje kolísání teplot vzduchu a tenzometrických tlaků. Nabízí se prozkoumat dvě hypotézy: (1) Kolísání je projevem teplotní závislosti měření, je tedy experimentální chybou. (2) Kolísání je důsledkem odběru transpirační vody z půdy. Každá z hypotéz musí věrohodně vysvětlit: (i) Synchronnost změn teploty a tlaku. (ii) Kolísání teploty vzduchu. (iii) Směr výkyvů tenzometrických tlaků a teplot vzduchu

4

Hypotéza o teplotní závislosti měření tenzometrických tlaků

4.1 Synchonnost změn teploty a tlaku Tlaky a teploty jsou měřeny automatickou měřící ústřednou typu Fiedler. Teploty jsou měřeny platinovými teploměry Pt100. Jsou napájeny stabilizovaným proudem z ústředny. K ústředně jsou připojeny čtyřdrátovým vedením. Tlaky jsou měřeny vodními tenzometry typu Polívka. Těleso tenzometru je tvořeno plastovou trubkou o vnějším průměru 25 mm. Trubka vystupuje nad zem asi 10 cm. Vodní náplň tenzometru je minimalizována – trubka je naplněna skleněnými kuličkami. Podtlak v tenzometru je měřen elektronickým vakuometrem typu Polívka. Vakuometr je uzavřen v plastovém pouzdře, to je našroubováno na vršek vodního tenzometru. Jádrem vakuometru je elektrický tenzometrický snímač. Vlastní měření je založeno na vyvažování odporového můstku (který má teplotní kompenzaci), je napěťové diferenciální. Napájení zajišťuje měřící ústředna. Převod analogových signálů, produkovaných teploměry a vakuometry, na digitální provádí jeden společný A/D převodník v měřící ústředně. Měřící ústředna je uzavřena v plastové skříni. Ta je umístěna v kovové bedně instalovené na povrchu terénu. Celý proces měření teplot půdy je zřejmě naprosto nezávislý na teplotě vzduchu a měřící ústředny neboť teploty půdy již v hloubce 15 cm nekolísají s teplotou vzduchu (obr. 2). Z toho plyne, že i měření teplot vzduchu není zatíženo chybou plynoucí z teplotní závislosti procesu měření. Vzhledem

k tomu, že měřící ústředna užívá k digitalizaci signálů ze všech čidel jediného A/D převodníku, znamená to, že A/D převodník je teplotně nezávislý. Proto v procesu měření tenzometrického tlaku může být zdrojem případného teplotního ovlivnění pouze: (1) Teplotní roztažnost vody v tenzometru. (2) Teplotní závislost elektrického tenzometrického snímače. (3) Teplotní nestabilita napájecího napětí přiváděného z ústředny na snímač. Vzhledem k tomu, že všechny konstrukční prvky, jichž se teplotní ovlivnění může týkat, jsou umístěny v plastových obalech, (i) lze očekávat, že reakce tlaků na změnu vnějších teplotních podmínek bude pomalá, tudíž zpožděná, nesynchronní. Tak tomu však není.

4.2 Kolísání teploty vzduchu Změna vnějších teplotních podmínek je primárně způsobena denním chodem příkonu tepla ze slunečního záření – globální radiace. Pohlcením radiační energie se předměty ohřívají. Pokud jejich teplota přesáhne teplotu vzduchu, začnou vyzařovat tzv. zjevné teplo do vzduchu. V důsledku toho se vzduch ohřívá. Ohřívání přízemní vrstvy vzduchu průchodem slunečního záření je nepatrné vůči ohřívání způsobeném vyzařováním zjevného tepla. Je tedy hlavním zdrojem tepla, ohřívajícího přízemní vrstvu atmosféry, sálání zemského povrchu. V období 23.–26. 8. 2001 tomu tak bylo, což jasně dokazuje zmenšující se rozkolísanost teplot vzduchu s výškou nad terénem – mezi 5 a 200 cm (obr. 2).

Obr. 9: Tlak v hloubce 15 cm a teplota vzduchu v 5 cm nad zemí dne 24. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská Globální radiace má ve dnech bez oblačnosti typický denní chod ve tvaru klobouku s poledním maximem. Ačkoliv měření globální radiace není zatím k dispozici, lze se domnívat, že ve zkoumaném období panovalo bezoblačné počasí. S výjimkou posledního dne 26. 8., kdy se mezi 13. a 16. hodinou projevil útlum příkonu radiace. Zřejmě způsobený vlivem stínícího efektu velkého množství vodní páry, která se dostala do vzduchu transpirací rostlin.

Oblačností neporušený příkon radiace je doprovázen typickým denním chodem teploty vzduchu. Má tvar klobouku poněkud vychýleného do odpoledních hodin s maximem asi ve 14 hodin. Převažující příčinou vychýlení chodu teplot vzduchu vůči chodu radiačního příkonu je narůstání skleníkového efektu přízemní vrstvy atmosféry s růstem obsahu vody ve vzduchu během dne. Voda se do vzduchu dostává (evapo)transpiračním výparem. Při transpiraci se spotřebovává značná část tepla pocházejícího z globální radiace na skupenské teplo výparu – latentní teplo. Rostlinný pokryv, tudíž i přízemní vrstva vzduchu, se transpirací chladí. A to tak, že teplota vzduchu při transpiraci nepřesahuje asi 25 ºC ve střední hodnotě, jak ukazují obr. 4 až 7. Proto (ii) kolísání teploty vzduchu je projevem transpiračního chlazení rostlin, nikoliv projevem kolísání radiačního příkonu ze Slunce. 4.3 Směr výkyvů tenzometrických tlaků a teplot vzduchu Na schematu v obr. 9 jsou šipkami vyznačeny směry výkyvů tlaků a teplot v jednotlivých obdobích dne (tab. 1). V období I (prudké zahřívání) stoupá spolu s teplotou i tlak. V období II (zpomalené zahřívání) naproti tomu se stoupající teplotou tlak klesá. V sestupné fázi období III (oscilace teploty) však tlak klesá s klesající teplotou. Ve vzestupné fázi období III tlak stoupá se stoupající teplotou, jako je tomu v období I. Avšak v období IV (chladnutí) tlak se stoupající teplotou klesá. Souhrnně řečeno, (iii) směr výkyvů tlaků nekoreluje se směrem výkyvů teplot, všechny kombinace jsou možné. 4.4 Závěry týkající se teplotní závislosti měření Z rozboru vztahu mezi teplotou vzduchu a tenzometrickým tlakem plyne: (i)

(ii)

(iii)

Změny tenzometrických tlaků a teploty vzduchu jsou jasně synchronní již v měřícím intervalu ústředny o délce 10 minut. To znamená, že změna tlaku nemůže být způsobena teplotním ovlivněním procesu měření. Rychlost reakce je příliš velká. Obaly všech konstrukční prvků, týkajících se měření tenzometrických tlaků, jsou vystaveny přímému nebo nepřímému (v lesním stínu) radiačnímu ohřívání, proto nemůže kolísat jejich vnitřní teplota tak, jako v důsledku transpirace kolísá teplota vnějšího vzduchu. To znamená, že kolísání tenzometrických tlaků, synchronně s kolísáním teploty vzduchu, není způsobeno teplotním ovlivněním procesu měření. Teplotní roztažnost vody v tenzometru, teplotní závislost elektrického tenzometrického snímače a teplotní nestabilita napájecího napětí, přiváděného z ústředny na snímač, by se projevily tak, že by směr výkyvů tlaků a teploty byl vždy shodný. Vzhledem k tomu, že byly pozorovány i jiné kombinace směrů výkyvů, není kolísání tenzometrických tlaků projevem teplotního ovlivnění procesu měření.

Hypotézu o teplotním ovlivnění měřícího procesu, jako dominantní příčině kolísání teplot vzduchu a tenzometrických tlaků, je proto nutné odmítnout.

5

Hypotéza o kolísání teploty a tlaku způsobeném transpirací

Protože jedním z faktorů zapříčiňujících změnu tenzometrického tlaku je odběr transpirační vody z půdy (Tesař a kol., 2001), lze předpokládat, že oscilace teploty vzduchu v porostu a oscilace tenzometrického tlaku v půdě jsou projevem probíhajícího transpiračního chlazení. Odhad transpirace energetickou bilancí v období 23. 8.–26. 8. 2001 činí asi 4,5 až 6 mm/den. Jedná se tedy o období s intenzivní transpirací. Kolísání teploty vzduchu v období, kdy probíhá intenzivní transpirace, bylo vysvětleno jako projev regulačního mechanismu1, kterým se řídí výdej vody na 1

V článku Šír a kol. (2014) jsou oscilace intenzity transpirace, tudíž i teploty vzduchu, vysvětleny jako důsledek prevence vzniku embolie v pletivech rostlin.

transpiraci tak, aby se odběrem tepla na výpar chladila rostlina na střední teplotu 25 ºC (Šír a kol., 2003). Proto lze (ii) kolísání teploty vzduchu v poledních hodinách vysvětlit jako projev rostlinou regulovaného transpiračního chlazení. Na obr. 8 jsou číslicemi 1 až 8 vyznačeny všechny poklesy tenzometrického tlaku v hloubce 15 cm. Pokles 1 značí snížení tenzometrického tlaku mezi ránem a večerem dne. Lze jej přičíst celkovému odběru vody na transpiraci za den. Pokles 2 asi v 8:45 hodin má nejasný důvod, opakuje se však ve všech studovaných dnech2. Poklesy 2 až 6 lze interpretovat pomocí schématu na obr. 9. Dochází k nim v období III (oscilace teploty okolo 25 ºC mezi body D a E v obr. 8), kdy se střídají dvě fáze – fáze růstu teploty se současným růstem tenzometrického tlaku (tj. poklesem napětí půdní vody) a fáze poklesu teploty se současným poklesem tenzometrického tlaku (tj. růstem napětí půdní vody). Každá trvá asi 30 až 60 minut. To je v dobrém souladu s poznatkem, že zásoba vody v listech bylin stačí na půl hodiny transpirace (Penka, 1985, str. 73). Změny tlaku a teploty jsou plně synchronní a mají shodný směr. Domníváme se, že poklesy tenzometrického tlaku 2 až 6 lze vysvětlit jako projev vzrůstu osmotického3 tlaku v rostlině. Při transpiraci se množství vody v rostlině zmenšuje, dochází k zahušťování roztoku v rostlině, tudíž roste osmotický tlak. Ten se prostřednictvím kořenů přenáší na půdní vodu, v ní se projevuje jako zvýšený tah (voda v půdě má tendenci téci do kořenů, aby naředila roztok v rostlině a snížila tak osmotický4 tlak v ní), což značí, že voda v půdě se napíná a tenzometrický tlak se snižuje. Zajímavé je, že při výdeji vody na transpiraci (teplota klesá) rostlina nejspíše nenasává vodu z půdy (pokud snad nasává, pak podstatně méně než ji vydává). Současný pokles tenzometrického tlaku (tj. zvětšování napjatosti vody) v půdě je vysvětlitelný nejspíše přenosem rostoucího osmotického5 tlaku ze zahušťujícího se roztoku v rostlině na půdní vodu přes membránu kořenových buněk. A když rostlina nevydává vodu na transpiraci (teplota roste), nasává ji z půdy (roztok v rostlině se ředí), a proto roste tenzometrický tlak. Tím je vysvětleno, proč v období III jsou (i) změny teploty a tlaku synchronní a (iii) směr výkyvů tenzometrických tlaků a teplot vzduchu stejný. Z obr. 8 je vidět, že dosycení půdy v kořenové zóně vodou po poklesech 2 až 6 nebylo dokonalé, po každém poklesu se dosytilo do půdy v okolí kořenů méně vody, než se odčerpalo na transpiraci. Nejspíše to způsobila diskrepance mezi vysokou spotřebou vody na transpiraci a nedostatečným přísunem půdní vody ke kořenům ze vzdálenějších částí půdy. Takto vzniklý deficit se částečně vyrovnal v období IV po ukončení masivní transpirace (nárůst 7 v obr. 8). V celodenním chodu se odběr vody na transpiraci projevil snížením tenzometrického tlaku mezi ránem a večerem dne (pokles 1). Tabulka 2: Rychlost poklesu tenzometrického tlaku v epizodách dne 24. 8. 2001 epizoda rychlost poklesu tenzometrického tlaku (kPa/min)

2 4,7e–2

3 11,3e–2

4 9,8e–2

5 12,0e–2

6 4,5e–2

Rychlost poklesu tenzometrického tlaku (a zahušťování roztoku v rostlině), jak ukazuje tab. 2, se shoduje v epizodách s malým osluněním – ranní epizoda 2 (8 až 9 hodin) a odpolední epizoda 6 (14 až 15 hodin). A shodná je i v poledních hodinách v epizodách vrcholového oslunění 3, 4 a 5 (11 až 13:30 hodin). Což je způsobeno podobností intenzit transpirace. Hypotézu o transpiraci, jako hlavní příčině kolísání teploty vzduchu a tenzometrického tlaku půdní vody, je tedy možno pokládat za potvrzenou. 2

V článku Šír a kol. (2014) se spekuluje o tvorbě tenzilní vody. V článku Šír a kol. (2014) je popsáno lepší vysvětlení příčin poklesu tenzometrického tlaku v půdě. Je to zřejmě nárůst napětí vody v pletivech rostlin (xylem tension) vlivem výdeje vody z rostliny na transpiraci za současně nedostatečného doplňování vody do rostlin z půdy. 4 Jako poznámka 3. 5 Jako poznámka 3. 3

Vyjma poklesu tenzometrického tlaku v období I (prudké zahřívání, pokles 2 na obr. 8)6 vysvětluje všechny pozorované jevy.

6

Diskuse a závěr

Přijetím hypotézy, že kolísání teploty vzduchu v 5 i 200 cm nad zemí způsobuje transpirační chlazení, musíme současně přiznat, že rostliny spolu nějak komunikují. Neboť teplota vzduchu je výsledkem koherentní životní aktivity mnoha rostlin ve velkém areálu. Kdyby rostliny netranspirovaly koherentně, nemohla by teplota vzduchu tak výrazně kolísat v období silné transpirace. Tento z hlediska hydrologie poněkud nezvyklý pohled na život rostlin je v souladu s poznatky soudobé biologie7. Kolísání teploty vzduchu a tenzometrického tlaku půdní vody je důkazem kapalného spojení celé soustavy, tvořené půdou a rostlinami.

Poznámky 29. 11. 2014 Současná verze tohoto příspěvku je v článku Šír a kol. (2014). Obsahuje některé nové poznatky: • V článku je podáno lepší vysvětlení příčin poklesu tenzometrického tlaku v půdě. Je to zřejmě nárůst napětí vody v pletivech rostlin (xylem tension) vlivem výdeje vody z rostliny na transpiraci za současně nedostatečného doplňování vody do rostlin z půdy. • Dále je spekulováno o tvorbě tenzilní vody v období prudkého vzrůstu intenzity transpirace. • Je konstatováno, že pravděpodobnou příčinou oscilací teploty jsou autonomní samobuzené oscilace způsobené omezováním výdeje vody na transpiraci z důvodu ochrany rostliny před embolií. • Je doloženo, že plošné synchronizace intenzity transpirace mohou rostliny dosáhnout vzájemnou komunikaci. Šír, M., Tesař, M., Lichner, Ľ., Czachor, H.: The effect of grass transpiration on the air temperature. Biologia 69/11: 1570–1576, 2014, Section Botany. DOI: 10.2478/s11756-014-0469-2

Literatura Chaloupský, J.: Geologie Krkonoš a Jizerských hor. UÚG Praha, 1989. Penka, M.: Transpirace a spotřeba vody rostlinami. Academia, Praha 1985. Šanda, M.: Tvorba podpovrchového odtoku na svahu. Doktorská disertační práce. ČVUT FSV Praha, 1999. Šanda, M., Císlerová, M.: Observations of subsurface hillslope flow processes in the Jizera Mountains region, Czech Republic. In: Eliáš, V., Littlewood, I. G. (eds.): Proc. of the Seventh Conference of the European Network of Experimental and Representative Basins (ERB), “Catchment Hydrological and Hydrochemical Processes in Changing Environment”, Liblice, Czech Republic, September 22–24, 1998. IHP-V, Technical Documents in Hydrology, No. 37, UNESCO Paris, 2000, s. 219– 226. Šír, M., Tesař, M., Lichner, Ľ., Syrovátka, O.: Autoregulace hydrologického cyklu. In: Šiška, B. – Igaz, D., Mucha, M. (eds.): Conference proceedings „Functions of energy and water balances in bioclimatological systems“. Intern. Bioclimatological Workshop 2003, Račkova dolina, Slovakia, September, 2.–4. 2003. Vydala Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre. 6 s. Tachecí, P., Císlerová, M.: Dynamika půdní vody na svazích povodí Uhlířská. In: Šír, M., Lichner, Ľ. – Tesař. M. (eds.): Hydrologie půdy v malém povodí. Ústav pro hydrodynamiku AVČR, Praha 2003, s. 111–118. 6 7

Jako poznámka 2. Více v článku Šír a kol. 2014.

Tesař, M., Šír, M., Syrovátka, O., Pražák, J., Lichner, Ľ., Kubík. F.: Soil water regime in head water regions – observation, assessment and modelling. J. Hydrol. Hydromech., 49, 6, 2001, 355–375. Van de Akker, M. S. A., van Haselen, C. O. G.: Hydrogeological recognaissance of the Černá Nisa and Černá Desná catchment in the Jizera Mountains, Czech Republic. Investigation of the hydrologeological properties of the two catchments and characterisation of drought. Program TEMPUS JEP 4988, ECEE, Wageningen, 1995.

Obr. 4: Tlak v hloubce 15 cm a teplota vzduchu v 5 cm nad zemí dne 23. 8. 2001 na lokalitě Uhlířská




Vztah teploty vzduchu a tenzometrického tlaku půdní vody

Recommend Documents