14.4 traspirazione dalle piante

Riccardo Rigon

L’evapotraspirazione Traspirazione

P. Su

tton

, T

ree,

19

58

- T

ate

Mod

ern

Riccardo Rigon

L’Evapotraspirazione

Riccardo Rigon

Traspirazione


Riccardo Rigon

Traspirazione

• E l’evaporazione dalle piante

!

• Che avviene in contemporanea al processo fisiologico di fissazione

dell’anidride carbonica, durante il processo di fotosintesi.

• Dell’acqua necessaria ad una pianta, ~95% serve per la traspirazione e solo

il ~5% diventa biomassa!

!3


Riccardo Rigon

Traspirazione

• La traspirazione è basata sulla capacità della pianta di estrarre acqua

dal suolo attraverso le radici e di liberarla attraverso gli stomi.

!

• Il controllo ultimo della traspirazione è la legge di Dalton, dove però si

considera la differenza di pressione di vapore appena all’interno degli

stomi e appena al di sopra della superficie della foglia.

!4


Riccardo Rigon

E’ dipendente:

•dal tipo di vegetazione e dal suo stato vegetativo

. dalla densità e dalle dimensioni della vegetazione (alberi, arbusti,erba),

•dalla struttura del suolo,

•dalla temperatura dell’ambiente

•dalla concentrazione di CO2 nell’atmosfera.

Traspirazione


Riccardo Rigon

E’ limitata:

•dalla disponibilità di energia

•dalla disponibilità d’acqua

•dallo sviluppo della turbolenza

Traspirazione


Riccardo Rigon

Avviene attraverso il sistema vascolare delle piante.

Si possono distinguere tre processi:

1. l’assorbimento dell’acqua nelle radici

2. il trasferimento lungo il tronco verso gli stomi,

3. l’evaporazione

!7

Traspirazione


Riccardo Rigon

!8

Plants do not have a

heart

• Le piante non hanno un cuore (che

pompa l’acqua) !

!

• Il flusso d’acqua dalle radici alle

foglie si mantiene dunque in virtu’

delle differenze di pressione tra

suolo e radici, radici e tronco, via via

sino alle foglie.

!

• Tale differenza di pressione ha una

doppia origine: le forze capillari e le

forze osmotiche.

Capillarità e osmosi


Riccardo Rigon

Forze osmotiche

pw=0

h

acqua senza sali

membrana semipermeabile

acqua con sali

Il tubo non e’ capillare. Ma la colonna d’acqua sale nel tubo per

compensare il potenziale chimico (negativo) che si viene a generare nel

tubo che vede la compresenza di due sostanze.

⇧ := ⇢w g h

pressione osmotica


Riccardo Rigon

Forze osmotiche

Le due pressioni di vapore alle diverse quote devono essere differenti, per

essere in equilibrio. Pertanto l’effetto della compresenza di sostanze in

soluzione riduce la pressione di vapore (in analogia con il caso capillare).

pw=0

hpressione di vapore

pv(0)

pv(h)


Riccardo Rigon

La forza che attiva

la traspirazione è

il gradiente di

pressione, e

precisamente la

differenza di

pressione

esistente tra

l’interno della

foglia e

l’atmosfera

attorno ad essa.

ww

w.fs

l.ors

t.edu

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nd/fs

561/

lect

ures

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idity

%20

and%

20transpiration.ppt

!11

Top 2 Bottom: le foglie


Riccardo Rigon

!12

Traspirazionew

ww

.fsl.o

rst.e

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bond

/fs56

1/le

ctur

es/h

umid

ity%

20an

d%20transpiration.ppt

Gli stomi sono una componente critica della traspirazione

R. Rigon, M. Dall’Amico

13

• La fisica della traspirazione

è l a s t e s s a d i q u e l l a

dell’evaporazione. Si deve

tener conto però di due

aspetti:

1. l ’evaporazione del velo

d’acqua dalla superficie

delle foglie

2. la traspirazione vera e

propria dagli stomi delle

piante

La fisica delle traspirazione

Suolo non saturo

Falda

Vegetazione


14

La fisica delle traspirazione traspirazione dalle foglie

Suolo non saturo

Falda

Vegetazione

Cv =1

ra + rv

1

ra=

✏

pa⇢v

k2

log

2⇣

zm�zdz0

⌘


15


Cv =1

ra + rv

rv =rV min

(LAI � (fS fee fT fM))

LAI e il ”leaf area index”fS dipende dalla radiazione solare incidentefee dipende dal contenuto di vapore dell’atmosferafT dalla temperatura dell’ariafM dal contenuto idrico del terreno


16

La fisica delle traspirazione Environmental dependencies of stomata conductance

!For daytime conditions of simulation stb_stn004f

Courtesy of Giacomo Bertoldi

Stomata close for high vapor pressure deficit Transpiration stop for too high and low Ta

Photosynthesis increases with PaR

θwp

θfc


17

Suolo non saturo

Falda

Vegetazione

La fisica delle traspirazione evaporazione dalle foglie

Kv :=

1

ra=

✏

pa⇢v

k2

log

2⇣

zm�zdz0

⌘


18


L’evapotraspirazione totale è :

ET = Ev + Tr


Riccardo Rigon

Water movement in plants

• Illustrazione delle differenze di

energia (in termini di pressione)

c h e c a u s a n o i l m o v i m e n t o

d e l l ’ a c q u a d a l s u o l o s i n o

all’amosfera attraverso la pianta.

L’acqua muove da un potenziale

negativo ad uno più negativo in

atmosfera.

htt

p:/

/ww

w.c

tah

r.h

awai

i.ed

u/f

ares

a/co

urs

es/n

rem

60

0/1

0-0

2%

20

Lect

ure

.pp

t

!19


Riccardo Rigon

Il flusso di acqua interno alle piante

~Jp = �Kp~r(z + + ⇧)

Dove la conducibilità idraulica all’interno delle piante decresce passando

dal tronco alle foglie e tutto è assai meno compreso in termini quantitativi

di quanto accade nei suoli (!).


Riccardo Rigon

Saturated Conductivity and Trees?

!21


Riccardo Rigon

!22


Riccardo Rigon

Rooting Depth

Source: Canadell, J., R.B. Jackson, J.R. Ehleringer, H.A. Mooney, O.E. Sala, and E.-D. Schulze. 1996.

Maximum rooting depth of vegetation types at the global scale. Oecologia 108: 583-595.


Riccardo Rigon

1 Nessun limite alla traspirazione: stomi aperti 2 Qualche limitazione: stomi parzialmente chiusi a mezzogiorno 3 Forte limitazione: stomi chiusi a mezzogiorno 4 Suolo secco: chiusura completa degli stomi

http

://w

ww

.ictin

tern

atio

nal.c

om.a

u/ap

pnot

es/IC

T101

.htm

!24


Riccardo Rigon

!25

Nei casi reali è molto difficile separare l’evaporazione dalla

traspirazione.

La traspirazione varia anche molto da punto a punto in un

versante per effetto della diversa umidità del suolo e delle

condizioni atmosferiche.

�T

me

as

ur

ed

�T

po

te

ntia

l

Tpotential(l h�1 m�2)

Tm

easu

red(l

h�1

m�

2)

�Tmeasured�Tpotential

Wet

DryEven in relatively mesic environments, the degree of

stomatal control on transpiration varies strongly across hillslopes...

Measuring plant water use

�T

me

as

ur

ed

�T

po

te

ntia

l

Tpotential(l h�1 m�2)

Tm

easu

red(l

h�1

m�

2)

�Tmeasured�Tpotential

Even in relatively mesic environments, the degree of

stomatal control on transpiration varies strongly across hillslopes...

Measuring plant water useK

elly

Cay

lor,

20

11


Riccardo Rigon

!26

The data we have is limited and highly variable...

Leaf Area Index (m2/m2)

Kel

ly C

aylo

r, 2

01

1


Riccardo Rigon

!27

EE

EE

T TT

T

Predictions of plant water use from models suggest large shifts in E/T partitioning

Dry Wet

Kel

ly C

aylo

r, 2

01

1

La partizione tra Evaporazione e Traspirazione può cambiare

drammaticamente


Riccardo Rigon

!28

Gli studi relativi alla partizione vengono prodotti

analizzando la partizione degli isotopi dell’acqua e, in

particolare, degli isotopi dell’ossigeno


Riccardo Rigon

ET

ET = ��v1r(qr � q0) = ��v C (qr � q0)

!29


Riccardo Rigon

ET

r = ra Evaporazione da superfici liquider = ra + rs Evaporazione dai suolir = ra + rc Traspirazione dalle piante

!30


Riccardo Rigon

E = �1

ra + rc(q�(TL)� qa)

rc =�rc⇥

c LAI

Traspirazione

Il LAI è stato inizialmente definito come l'area totale di una faccia del tessuto fotosintetizzante per unità di superficie di terreno (Watson, 1947). (Smith, 1991; Bolstad e Gower, 1990) proposero di modificare il parametro, introducendo l'area fogliare proiettata. In questo modo si riducevano i problemi dovuti alla forma di aghi e foglie.

!31


Riccardo Rigon

!32

r_c vegetation resistance !r_c =Rs /(LAI * (fS*fee*fT*fM)); (Best, 1998) !Rs minimum stomata resistance (species dependent, but constant over time) !fee water vapor deficit controlling factor !fS solar radiation controlling factor !fT temperature controlling factor

Resistenza della vegetazione

For d

aytim

e co

nditi

ons

of s

imul

atio

n st

b_st

n004

f C

ourte

sy o

f Gia

com

o B

erto

ldi


Riccardo Rigon

!33

Environmental dependencies of stomata conductance

Stomata close for high vapor pressure deficit Transpiration stop for too high and low Ta

Transpiration is decreased below a critical water contentPhotosynthesis increases with PaR

θwp

θfc

1. θfc vs. ψ fc 2. θwp vs. ψ fc

For d

aytim

e co

nditi

ons

of s

imul

atio

n st

b_st

n004

f C

ourte

sy o

f Gia

com

o B

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ldi


Riccardo Rigon

!34

IL LAI PUO’ ESSERE MISURATO DA SATELLITE


Riccardo Rigon

!35

�(⇥) =

�⇤

⇥

0 ⇥ < ⇥wp��wp

�cr��wp⇥wp < ⇥ < ⇥cr

1 ⇥ > ⇥cr

AET = �(⇥) ET

Traspirazione un approccio semplificato


Riccardo Rigon

!36

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1 ⇥ > ⇥cr

Traspirazione

14.4 traspirazione dalle piante

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