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14.4 traspirazione dalle piante
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14.4 traspirazione dalle piante

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Introduction to transpiration from plants

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  • 1. Riccardo Rigon L’evapotraspirazione Traspirazione P.Sutton,Tree,1958-TateModern Riccardo Rigon
  • 2. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon Traspirazione
  • 3. L’Evapotraspirazione 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
  • 4. L’Evapotraspirazione 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
  • 5. L’Evapotraspirazione 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
  • 6. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon E’ limitata: •dalla disponibilità di energia •dalla disponibilità d’acqua •dallo sviluppo della turbolenza Traspirazione
  • 7. L’Evapotraspirazione 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
  • 8. L’Evapotraspirazione 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
  • 9. L’Evapotraspirazione 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
  • 10. L’Evapotraspirazione 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 h pressione di vapore pv(0) pv(h)
  • 11. L’Evapotraspirazione 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. www.fsl.orst.edu/~bond/fs561/lectures/humidity%20and%20transpiration.ppt !11 Top 2 Bottom: le foglie
  • 12. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !12 Traspirazione www.fsl.orst.edu/~bond/fs561/lectures/humidity%20and%20transpiration.ppt Gli stomi sono una componente critica della traspirazione
  • 13. 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. R. Rigon, M. Dall’Amico 14 La fisica delle traspirazione traspirazione dalle foglie Suolo non saturo Falda Vegetazione Cv = 1 ra + rv 1 ra = ✏ pa⇢v k2 log2 ⇣ zm zd z0 ⌘
  • 15. R. Rigon, M. Dall’Amico 15 La fisica delle traspirazione Cv = 1 ra + rv rv = rV min (LAI (fS fee fT fM)) LAI `e il ”leaf area index” fS dipende dalla radiazione solare incidente fee dipende dal contenuto di vapore dell’atmosfera fT dalla temperatura dell’aria fM dal contenuto idrico del terreno
  • 16. R. Rigon, M. Dall’Amico 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. R. Rigon, M. Dall’Amico 17 Suolo non saturo Falda Vegetazione La fisica delle traspirazione evaporazione dalle foglie Kv := 1 ra = ✏ pa⇢v k2 log2 ⇣ zm zd z0 ⌘
  • 18. R. Rigon, M. Dall’Amico 18 La fisica delle traspirazione L’evapotraspirazione totale è : ET = Ev + Tr
  • 19. L’Evapotraspirazione 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. http://www.ctahr.hawaii.edu/faresa/courses/nrem600/10-02%20Lecture.ppt !19
  • 20. L’Evapotraspirazione 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 (!).
  • 21. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon Saturated Conductivity and Trees? !21
  • 22. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !22
  • 23. L’Evapotraspirazione 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.
  • 24. L’Evapotraspirazione 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://www.ictinternational.com.au/appnotes/ICT101.htm !24
  • 25. L’Evapotraspirazione 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. Wet Dry of tion es... plant water use Tmeasured Tpotential Tpotential(l h 1 m 2 ) Tmeasured(lh 1 m2 ) Tmeasured Tpotential Even in relatively mesic environments, the degree of stomatal control on transpiration varies strongly across hillslopes... Measuring plant wat KellyCaylor,2011
  • 26. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !26 The data we have is limited and highly variable... Leaf Area Index (m2/m2) KellyCaylor,2011
  • 27. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !27 E E E E T T T T ctions of plant water use from models gest large shifts in E/T partitioning Dry Wet KellyCaylor,2011 La partizione tra Evaporazione e Traspirazione può cambiare drammaticamente
  • 28. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !28 Gli studi relativi alla partizione vengono prodotti analizzando la partizione degli isotopi dell’acqua e, in particolare, degli isotopi dell’ossigeno
  • 29. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon ET ET = v 1 r (qr q0) = v C (qr q0) !29
  • 30. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon ET r = ra Evaporazione da superfici liquide r = ra + rs Evaporazione dai suoli r = ra + rc Traspirazione dalle piante !30
  • 31. L’Evapotraspirazione 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
  • 32. L’Evapotraspirazione 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 Fordaytimeconditionsofsimulationstb_stn004f CourtesyofGiacomoBertoldi
  • 33. L’Evapotraspirazione 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 content Photosynthesis increases with PaR θwp θfc 1. θfc vs. ψ fc 2. θwp vs. ψ fc Fordaytimeconditionsofsimulationstb_stn004f CourtesyofGiacomoBertoldi
  • 34. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !34 IL LAI PUO’ ESSERE MISURATO DA SATELLITE
  • 35. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !35 (⇥) = ⇤ ⇥ 0 ⇥ < ⇥wp wp cr wp ⇥wp < ⇥ < ⇥cr 1 ⇥ > ⇥cr AET = (⇥) ET Traspirazione un approccio semplificato
  • 36. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon !36 (⇥) = ⇤ ⇥ 0 ⇥ < ⇥wp wp cr wp ⇥wp < ⇥ < ⇥cr 1 ⇥ > ⇥cr Traspirazione