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 Hustota porostu Průměrná výška porostu Průměrná výčetní tloušťka kmene Index listové plochy 23 2044 10.9 13.0 12.1 let [ks.ha -1 ] m cm [m 2.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 CO 2 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)
vodivá část běle rychlost proudu odvozena z pohybu tepelné vlny v krátkodobě zahřáté části kmene
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 0.025 SSF [l hr -1 cm -2 ] 0.02 0.015 0.01 0.005 0 7-14 May Transpirace přepočet korekce nočních toků TR [mm hr -1 ] 0.40 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 0.25 ETR [mm hr -1 ] 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 0.35 HPV EC 0.30 ETR,TR [mm hr -1 ] 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 7-14 May
0.6 HPV EC 0.5-1 ] 0.4 ETR, TR [mm.hr 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 0.5 HPV EC ETR, TR [mm.hr -1 ] 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
metoda gazometrická: Výsledky 2.0 1.6 TR [mmol m -2 s -1 ] 1.2 0.8 0.4 Exposed Shaded 0.0 0 200 400 600 800 1000 FAR [umol m -2 s -1 ] 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 1.4 HPV EC GMsun GMsh 1.2 ETR, TR [mm hr -1 ] 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 (µmol.m -2.s -1 ) Sunny day 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1600 900 900 1400 800 800 1200 700 700 1000 600 600 800 500 500 400 400 600 300 300 400 200 200 100 100 0 0 III Shoot age class R Whorl VI C-2 VI C-3 CC-1 R III III III VI VI VI IX IX IX 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 16:30 18:00 18:00 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 VI, IX 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 120 VI C-4 100 IX C-2 80 IX C-3 60 40 20 0
Průměrná ozářenost PAR (µmol.m -2.s -1 ) Cloudy day Shoot age class Whorl 400 600 90 700 350 600 80 500 300 70 500 400 60 250 400 50 200 300 300 40 150 200 200 30 100 100 20 10 50 0 0 III RC III C-1 VI IX 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 III III VI_C-2 45 06:00 06:00 07:30 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 16:30 18:00 V I, 18:00 IX 40 VI_C-3 35 IX VI_C-4 IX 30 IX_C-2 25 IX_C-3 20 15 10 5 0
AISA AirborneHyperspectral Systems (Specim, Finsko) GPS /INS unit DataAcquisition PC Sensor Head FO DIS CaliGeo Software
Retrieval of the bio-chemical and structural para meters of Norway spruce crowns using hyperspectral-directionalremotesensing 3-D radiative transfer modelling sun NADIR HOTSPOT DARKSPOT sensor M ulti-angular spectral simulations inthe radiative transfer model NADIR Estimation of CH a+b,lai, foliage clumping ρ HS OFF NADIR reflectance θv = 48 ϕv = 225 ρ DS Hyperspectralimage ofa very high spatial resolution (AIS A sensor) -90 principal plane 0 90 HOTSPOT
1. Metoda gazometrická Shrnutí 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