federica rossi antonio motisi approccio … · 2009-04-17 · architettura idraulica regola di...
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FEDERICA ROSSIFEDERICA ROSSI
ANTONIO MOTISIANTONIO MOTISI
APPROCCIO ECOFISIOLOGICO E MICROMETEOROLOGICO ALLE MISURE DELL’EVAPOTRASPIRAZIONE IN COLTURE ARBOREE
Misure Misure ecofisiologicheecofisiologiche
•• Ruolo fisiologico dellRuolo fisiologico dell’’acquaacqua•• FotosintesiFotosintesi•• Bilancio energetico della fogliaBilancio energetico della foglia•• Rapporti di competizione entro piantaRapporti di competizione entro pianta•• Fisiologia dello stressFisiologia dello stress
•• Validazione Validazione misure di flussomisure di flusso–– La traspirazione La traspirazione èè una componente primaria del flusso una componente primaria del flusso
di acqua nelldi acqua nell’’ecosistemaecosistema•• Componenti del flussoComponenti del flusso
ScalingScaling
–– FogliaFoglia–– PiantaPianta–– ImpiantoImpianto
Architettura idraulica
Regola di Leonardo
Architettura idraulica ed embolia dei vasiArchitettura idraulica ed embolia dei vasi
La traspirazione al livello di pianta:La traspirazione al livello di pianta:flusso flusso xilematicoxilematico
TermografiaTermografia del campo di calore in seguito ad un impulso del campo di calore in seguito ad un impulso termico (vista radiale)termico (vista radiale)
Distribuzione radiale flusso Distribuzione radiale flusso xilematicoxilematico
CalibrazioneCalibrazione::Raffronto con misure Raffronto con misure lisimetrichelisimetriche
Andamento orario della traspirazione stimata mediante sensori di velocità di flusso xilematico tipo HPV
Flussi xilematici registrati prima e dopo potatura verde
GF 677 = 5 litri/ora
MrS 2/5 = 1 litro/ora
Dopo la potatura su GF677 il flusso traspirativo si riduce di circa il 50%
Potatura verde
RISULTATI flusso xilematico
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8-lug 9-lug 10-lug 11-lug 12-lug 13-lug 14-lug 15-lug 16-lug 17-lug 18-lug
Giorno
Tra
spir
azio
ne a
lber
o (li
tri/o
ra)
MrS 2/5GF 677
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8-lug 9-lug 10-lug 11-lug 12-lug 13-lug 14-lug 15-lug 16-lug 17-lug 18-lug
Giorno
Tra
spir
azio
ne a
lber
o (li
tri/o
ra)
MrS 2/5GF 677
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8-lug 9-lug 10-lug 11-lug 12-lug 13-lug 14-lug 15-lug 16-lug 17-lug 18-lug
Giorno
Tra
spir
azio
ne a
lber
o (li
tri/o
ra)
MrS 2/5GF 677
Andamento orario del flusso xilematico in prossimitàdella potatura verde
194.00 194.50 195.00 195.50 196.00 196.50 197.000.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
MrS 2/5GF 677
Potatura verde (14 luglio)
nuvolosità
0
1
2
3
4
5
6
202 203 204 205 206 207 208 209 210 211
P44P60P70
Intervento Irriguo
Tras
pira
zion
e (li
tri/o
ra)
Olivo, cv. Nocellara del BeliceEffetto dell’intervento irriguo sui valori di flusso xilematico su 3 piante
200 205 210 215 220GIORNO
0
1000
2000
3000
OR
A
012345678910
P62
Dinamica oraria dei flussi xilematici (olivo, cv. Nocellara del Belice)
Irrigazione
Irrigazione
Stime della traspirazione al livello di Stime della traspirazione al livello di impiantoimpianto
osservazioni a lungo termine su olivoosservazioni a lungo termine su olivo
Scambi di CO2 misurati a livello di oliveto: eddy covariance
Oliveto commerciale (cv. Nocellara del Belice)Localizzato in Sicilia
E’ stato eseguito un confronto fra il consumo idrico valutato a livello di albero e oliveto:
1 - Approccio ecofisiologico (sensori sap-flow);
2 - Approccio micrometeorologico (eddy covariance).
Sono stata eseguiti inoltre delle determinazioni indipendenti di Evapotraspirazione attraverso l’uso dell’Equazione n° 69 (dual crop coefficient approach), contenuta nel quaderno numero 56 Della FAO (Irrigation and drainage paper): Etc = Eto * (Kbc + Ke )
H20
CO2
Caratteristiche Vegetative Dell’oliveto
La percentuale media di copertura del suoloda parte degli alberi èdel 45%
Appezzamento (plot)
Età (Anni)
Densità d’impianto
(m)
Area sezione del tronco (cm2)
Area della proiezione della
chioma (m2)
Altezza albero
(m) A 12 5 x 8 321 13 3.7 B 16 5 x 8 463 22.97 3.5 C 150 7 x 7 873 20.71 3.4 D 12 5 x 8 225 13.25 3.7
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NAppezzamento A (SE)
Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)
Appezzamento B (SW)
NSensori sap flow
Stazione eddycovariance
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NPlot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NSensori sap flow
Stazione eddycovariance
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NAppezzamento A (SE)
Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)
Appezzamento B (SW)
NSensori sap flow
Stazione eddycovariance
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NPlot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NSensori sap flow
Stazione eddycovariance
1- Operazione di “scaling”all’interno del plot A (sapflow) utilizzando l’areadella sezione del tronco(AST) come variabile;
CONFRONTO FRA I DATI (SCAMBI DI ACQUA) RILEVATI A LIVELLO DI PIANTA (SENSORI SAP FLOW) CON QUELLI A LIVELLO DI OLIVETO(EDDY COVARIANCE)
2- Operazione di “scaling” fra i vari plot considerando lecaratteristiche vegetative rilevate negli altri 3 plot e ivalori di direzione prevalente del vento (intervallo di 30 min)
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NAppezzamento A (SE)
Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)
Appezzamento B (SW)
N
Stazione eddycovariance
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NPlot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
N
Stazione eddycovariance
Sensori sap flow
Plot: “A” Età (anni): 12 distanza fra alberi (m): 5 x 8 Area media sezione tronco (AST): 321 cm2 (valore misurato su 40 piante) Percentuale media di copertura del suolo: 40%
Sensori Sap flow (Green and Clothier 1988)
Due sensori sap flow per pianta sonostati applicati su 3 piante, individuate queste come rappresentative dell’intero del plot (A): (AST = 154 cm2; 316 cm2; 412 cm2)
CALIBRAZIONE DEI SENSORI SAP FLOW
Sistema aperto
Sessioni di misura giornaliere del flusso di linfa (sensori sap flow) e traspirazione
0 20 40 60L/day (sap flow)
0
20
40
60
L/da
y (B
allo
on)
CBA
TREE
0 20 40 60L/day (sap flow)
0
20
40
60
L/da
y (B
allo
on)
CBA
TREE
y = 1.02 x - 1.53R2 = 0.99
Regression between daily water consumption measured by the sap flow sensors and by open system “balloon” on the three trees and during the two calibration sessions.
Summer session
Winter session
correction factorfor 2.6 mm wound width
Area media della sezione del tronco (plot A): 321 cm2 (valore ottenuto da 40 piante)
Per ogni giorno è stata determinata la relazione tra l’area della sezione del tronco e il consumo idrico giornaliero, a mezzo di regressione lineare
Procedura di “scaling” dal livello albero a livello del plot “A”
1
2 3
PLOT “A”
y = 0.1059x + 36.632R2 = 0.9985
0102030405060708090
100 150 200 250 300 350 400 450
y = 0.1059x + 36.632R2 = 0.9985
0102030405060708090
100 150 200 250 300 350 400 450
Area della sezione del tronco (cm2)
Con
sum
o id
rico
gior
nalie
ro (l
itri/g
iorn
o)
(albero più piccolo)AST = 154 cm2
(albero più grande)AST = 412 cm2
200 250 300 350 400 4500
2
4
6
8
10
12
Cou
nt
0.0
0.1
0.2
0.3
Proportionper Bar
200 250 300 350 400 450
Cou
nt
0.0
0.1
0.2
0.3
200 250 300 350 400 4500
2
4
6
8
10
12
Cou
nt
0.0
0.1
0.2
0.3
Proportionper Bar
200 250 300 350 400 450
Cou
nt
0.0
0.1
0.2
0.3
Area della sezione del tronco (cm2)
Young trees (Plot A,B and D)
0 500 1000 1500 20000
40
80
120
Tree
leaf
are
a (m
2 )
Trunk cross sectional area (cm2)
Old trees (Plot C)
Plot Age (years)
Tree spacing
(m)
Trunk cross sectional area (cm2)
Canopy land area projected on the
ground (m2)
Tree height (m)
A 12 5 x 8 320 13 3.7 B 16 5 x 8 460 23 3.5 C 150 7 x 7 870 21 3.4 D 12 5 x 8 220 13 3.7
• Scaling up operation from plot A to plot B and D (young plots):use of multipliers obtained from plot mean trunk cross sectional area ratios:From Plot A to B, use of 1,4 as multiplier (460/320);From Plot A to D, use of 0,7 as multiplier (220/320)
• Scaling up operation from plot A to plot C (old plot):use of multiplier obtained from orchard leaf area
(LAI2000) ratio:From Plot A to D, use of 1,2 as multiplier (0,91/0,75).
Sap flow
Scaling up operations among plots (From Plot A to plots B, C and D), of transpirationdata from sap flow sensors
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
Sap flow sensors
covariancestation
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
Sap flow sensors
covariancestation
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
Sap flow sensors
covariancestation
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NO)
Plot B (SO)
Sap flow sensors
Per ogni intervallo di tempo (30 minuti), caratterizzato da una definita direzione del vento, gli scambi di vapor d’acqua misurati dalla stazione eddy covariance (intero oliveto), sono stati confrontati con i valori di scambio di ciascun plot:
1 - Confronto dati da Eddy Covariance (intero oliveto) con sensori sap flow:
caratteristiche vegetative rilevate nei 4 plot – direzione del vento
2 - Confronto dati da Eddy Covariance (intero oliveto) con la Etc (FAO): differenti
Kcb – direzione del vento
Sud - estDirezione vento
Copertura suolo = 40%
Kcb = 0.4
Sud - ovestDirezione del vento:
Copertura suolo = 58%
Kcb = 0.46
Stazione Eddy covarianceOperazione di “scaling” fra i vari plot
Evapotranspiratione da eddy covariance ed evapotranspiratione da quaderno 56 FAO
Perdite di acqua dovuto a rotture dell’impianto di irrigazione
Irrigazione a goccia
Eventi piovosi
0
1
2
3
4
5
6
185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255
Giorno dell’anno
mm
/gio
rno
Eddy covarianceEtc (sapflow)
0
1
2
3
4
5
6
200/06 220 240 260 280 300 320 340 360 15/07 35 55
Day of year
mm
/day
Sap flow plussoil evaporation
EddyCovariance
Etc FAO
Questione di scala:Questione di scala:delimitare il sistema!!! Individuare ldelimitare il sistema!!! Individuare l’’acqua in gioco!!!acqua in gioco!!!livello di impianto livello di impianto –– livello territorialelivello territoriale
ScalingScaling
–– Andamento dei processi diverso in rapporto Andamento dei processi diverso in rapporto alla scala (lineari/nonalla scala (lineari/non--lineari)lineari)
–– ComplessitComplessitàà spazialespaziale•• Architettura della chiomaArchitettura della chioma
•• Struttura dellStruttura dell’’impiantoimpianto
–– Scala temporaleScala temporale
Architettura della chioma
- Il profilo di radiazione all’interno della chioma
-L’interazione aerodinamica delle foglie con l’ambiente
Flusso traspirativo e CO2
DualDual cropcrop coefficientcoefficient: Kc = : Kc = Kcb Kcb + + KeKe
TraspirazioneEvaporazione
dalla choma(Intercettazione)
Evaporazione dal suolo
Evaporazione dal suolo
(irrigazione)
Struttura dellStruttura dell’’impianto e impianto e competizionicompetizioni