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Transpiration

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This introduces the transpiration from plants phenomenon. It starts from Dalton treatment of the topic and introduces (a little) the Jarvis scheme for estimating stomatal resistances.

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Transpiration

  1. 1. Riccardo Rigon L’evapotraspirazione Traspirazione P.Sutton,Tree,1958-TateModern Riccardo Rigon
  2. 2. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon Traspirazione
  3. 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. 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. 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. 6. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon E’ limitata: •dalla disponibilità di energia •dalla disponibilità d’acqua •dallo sviluppo della turbolenza Traspirazione
  7. 7. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 7 Evapotrapirazione Potenziale PET E’ quella che avviene quando c’è disponibilità di acqua nelle quantità e pressione richiesta dalla specie arborea in esame, e nell’assunzione di efficienza fisiologica della pianta.
  8. 8. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 8 Evapotraspirazione Reale AET E’ l’acqua effettivamente traspirata dalle piante nelle condizioni effettive di esistenza.
  9. 9. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 9
  10. 10. 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 10 Traspirazione
  11. 11. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 11 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
  12. 12. 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
  13. 13. 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)
  14. 14. 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 14 Top 2 Bottom: le foglie
  15. 15. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 15 Traspirazione www.fsl.orst.edu/~bond/fs561/lectures/humidity%20and%20transpiration.ppt Gli stomi sono una componente critica della traspirazione
  16. 16. R. Rigon, M. Dall’Amico 16 • 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
  17. 17. R. Rigon, M. Dall’Amico 17 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 ⌘
  18. 18. R. Rigon, M. Dall’Amico 18 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
  19. 19. R. Rigon, M. Dall’Amico 19 La fisica delle traspirazione Environmental dependencies of stomata conductance For daytime conditions of simulation stb_stn004f Courtesy of Giacomo Bertoldi Photosynthesis increases with PaR Stomata close for high vapor pressure deficit Transpiration stop for too high and low Ta θwp θfc
  20. 20. R. Rigon, M. Dall’Amico 20 Suolo non saturo Falda Vegetazione La fisica delle traspirazione evaporazione dalle foglie Kv := 1 ra = ✏ pa⇢v k2 log2 ⇣ zm zd z0 ⌘
  21. 21. R. Rigon, M. Dall’Amico 21 La fisica delle traspirazione L’evapotraspirazione totale è : ET = Ev + Tr
  22. 22. 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 22
  23. 23. 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 (!).
  24. 24. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon Saturated Conductivity and Trees? 24
  25. 25. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 25
  26. 26. 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.
  27. 27. 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 27
  28. 28. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 28 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 n .. ant 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 wa KellyCaylor,2011
  29. 29. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 29 The data we have is limited and highly variable... Leaf Area Index (m2/m2) KellyCaylor,2011
  30. 30. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 30 E E E E T T T T ions of plant water use from models est large shifts in E/T partitioning Dry Wet KellyCaylor,2011 La partizione tra Evaporazione e Traspirazione può cambiare drammaticamente
  31. 31. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 31 Gli studi relativi alla partizione vengono prodotti analizzando la partizione degli isotopi dell’acqua e, in particolare, degli isotopi dell’ossigeno
  32. 32. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 32 (⇥) = ⇤ ⇥ 0 ⇥ < ⇥wp wp cr wp ⇥wp < ⇥ < ⇥cr 1 ⇥ > ⇥cr Traspirazione
  33. 33. 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. 33
  34. 34. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 34 IL LAI PUO’ ESSERE MISURATO DA SATELLITE
  35. 35. L’Evapotraspirazione Riccardo Rigon 35 (⇥) = ⇤ ⇥ 0 ⇥ < ⇥wp wp cr wp ⇥wp < ⇥ < ⇥cr 1 ⇥ > ⇥cr AET = (⇥) ET Traspirazione un approccio semplificato

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