EvapotraspirazioneEvapotraspirazione

2012/2013

EvaporazioneEvaporazionePassaggio di stato dell’acqua da liquido a

vaporeCondizioni perché avvenga il fenomeno apporto continuo di acqua apporto continuo di energia gradiente di concentrazione di vapore tra la

superficie evaporante e l’atmosfera circostante

EvapotraspirazioneEvapotraspirazioneIl trasporto di acqua nellapianta è molto importanteperché è strettamentecollegato al tasso diassimilazione della CO2. Infatti lo scambio di CO2 e H2O con l’atmosfera avvieneattraverso le stesse aperture, gli STOMI, la cui apertura èprevalentemente dipendentedallo stato idrico della pianta.

Adattamento alle condizioni Adattamento alle condizioni ambientaliambientali

STOMISTOMI• Presenti in tutti i vegetali• Sono il luogo di contatto/scambio tra pianta e atmosfera• Si APRONO/CHIUDONO al variare delle condizioni meteo

e dello stato idrico della pianta• Possono essere:

- sulla sola pagina inferiore della foglia:IPOSTOMATICHE

- su entrambe le pagine:AMFISTOMATICHE

• Dimensioni medie degli stomi: 10 - 50 m

adaxiale

abaxiale

STOMISTOMI

Importanza del VPD

Funzionamento degli stomiFunzionamento degli stomi• Aumento di potenziale idrico nelle cellule di guardia

aumento del turgore delle cellule apertura dello stoma

• Diminuzione del potenziale idrico delle cellule chiusura dello stoma

Lo scambio di acqua avviene con le cellule circostanti ed e´ correlato alle variazioni del potenziale osmotico (concentrazione di soluti nel succo cellulare)

Variabili ambientali e Variabili ambientali e fisiologiche che influenzano fisiologiche che influenzano

ll’’apertura degli STOMIapertura degli STOMI• ciclo luce/buio• concentrazione CO2

• temperatura dell’aria• umidità dell’aria (vento/turbolenza)• stress idrico• età della foglia

Resistenza stomatica rsConducibilità stomatica cs

ss r

c 1

Potenziali idrici attraverso Potenziali idrici attraverso terreno terreno –– pianta pianta -- atmosferaatmosfera

rw

UMRT ln

= potenziale idrico [J kg-1]R = costante dei gas = 8.31 [J mole-1 K-1]T = Temperatura [K]Mw = massa molecolare acqua = 0.018 [kg mole-1]Ur = umidità relativa [.]

t

x

f

a

1-35 kg J 2701021035.1998.0ln018.0

16.29331.8

tTerreno alla CIC:

Atmosfera Ur=45%: 1-5 kg J 000.10079.01035.145.0ln018.0

16.29331.8

a

Potenziali idrici attraverso Potenziali idrici attraverso terreno terreno –– pianta pianta -- atmosferaatmosfera

rw

hMRT ln

t = potenziale idrico del terreno [J kg-1]

t = o +g +m

o = potenziale osmotico [J kg-1]g = potenziale gravitazionale [J kg-1]m = potenziale matriciale [J kg-1]

t ~ -500

x ~ -700

f ~ -2000

t ~ -100.000

EvapotraspirazioneEvapotraspirazioneSu una superficie vegetata:traspirazione dalla coltura + evaporazione dal

terreno sottostante e dalla superficie bagnata delle foglie

ETp = evapotraspirazione POTENZIALE

ETo = evapotraspirazione di RIFERIMENTO

ETe = evapotraspirazione EFFETTIVA

EvapotraspirazioneEvapotraspirazioneETp = quantità di acqua evapotraspirata

nell’unità di tempo per rispondere pienamente alla richiesta di vapore dell´atmosfera

ETo = evapotraspirazione di una coltura di riferimento (festuca arundinacea, prato polifita) mantenuta tra 8 e 15 cm di altezza, che copra interamente il terreno, con ampia disponibilità idrica

EvapotraspirazioneEvapotraspirazione didiRiferimentoRiferimento

ETo - ET di riferimento per unacoltura bassa che abbiaapprossimatamente una altezza di0.12 m (simile ad un prato).

ASCE Committee on Evapotranspiration in Irrigation and Hydrology - Gennaio 2000

ParametriParametri coinvolticoinvolti nellanella stimastimadelladella EvapotraspirazioneEvapotraspirazione

ETo = misura della richiesta evapotraspirativadell’ambiente

ETo ET per un prato polifita di 0.12 m di altezza

Stazione meteorologica per Stazione meteorologica per EToETo

Equazione di Equazione di PenmanPenman--MonteithMonteith

1

))())((()(

h

sw

sh

n

rrr

zezTer

CpGRLE

dove: L e´il calore latente divaporizzazione, E l´evapotraspirazioneRn = radiazione netta (MJm-2h-1)G = flusso di calore nel terreno

(MJm-2h-1)es = pressione di vapor saturo (kPa) =costante psicrometrica (kPa°C-1)

Coeff. Ang. curva es (kPa °C-1)e = press. vapore attuale (kPa)T(z) = temp. (°C) all’altezza z (m)rh = resistenza stomatica (s m-1)rs = res. aerodinamica (s m-1)rw = res. al trasferimento di

vapore (s m-1)

Periodo minimo previsione: 1 ora

Equazione di Equazione di PenmanPenman--MonteithMonteith

Molte equazioni di stima dellMolte equazioni di stima dell’’EToETo

Metodo T Urel VelVen

Elio-fania

Rad Epan Meteo

Blaney-Criddle

* + + + +

Radiaz. * + + * * +Evaporimetro + + * *

Thornthwaite *

Pristley-Taylor

* * * *

Hargreaves * +

Penman-Monteith

* * * * * +

* misurati , + stimati

Formula di Formula di BlaneyBlaney--CriddleCriddle

periodo minimo di previsione: 10 giorni (giornaliero)

ETo = c [p(0.46T+8)] mm d-1

dove:T = temperatura media giornaliera (o del periodo)

in °Cp = % media giornaliera del totale annuale delle ore

di luce (da tabella) c = correzione per umidità, eliofania,

velocità del vento diurni (ricavabile da nomogramma)

RHmin <20% RHmin 20-50% RHmin >50%

n/N0.5

n/N0.7

n/N0.9

f=P(0.46t+8) f=P(0.46t+8) f=P(0.46t+8)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10

Eto(V b)Eto(V m)Eto(V a)

Correzione Correzione ““cc””per umidita’, eliofania, velocita’ del vento

Metodo dellMetodo dell’’evaporimetro di evaporimetro di classe Aclasse A

periodo minimo di previsione: 10d

ETo = Kp Epan mm d-1

dove:Epan = quantita’ d’acqua evaporata

dall’evaporimetro mmd-1

Kp = coefficiente dell’evaporimetro

Formula di Formula di HargreavesHargreaves

ETo = 0.0023 RA TD1/2 (T+17.8)

dove:RA= radiazione extraterrestre (MJ m-2 d-1)T= temperatura media dell’aria (°C)TD = differenza tra temperatura max e min

(medie) nel periodo (°C)

Il valore in mm d-1 si ottiene dividendo per corrispondente alla temperatura media

Periodo minimo previsione: 10d (giornaliero)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1-Jan 29-Jan 26-Feb 26-Mar 23-Apr 21-May 18-Jun 16-Jul 13-Aug 10-Sep 8-Oct 5-Nov 3-Dec 31-Dec

ETo

(mm

d-1

)

EToHETo

EToETo misuratamisurata e e EToETo media media storicastorica

EToETo PM PM orariaoraria calcolatacalcolata con con rsrs=50 s m=50 s m--11

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

-100 0 100 200 300 400 500 600 700

Lysimeter ET o (W m-2)

PM w

ith R

n-G

and

rc

=50

s m

-1 (W

m-2

) R n - Gr c = 50 s m-1

RMSE = 25 W m-2

Confronto tra equazioni di Confronto tra equazioni di stima dellstima dell’’EToETo

HSd = 1.03PD i

R 2 = 0.87

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10ETo PD i (mm d-1)

ETo

HS

d (

mm

d-1

)

Confronto tra l’equazione di Hargreavesoraria ed una equazione standard (FAO’77)L’equazione da una stima in media molto vicina al “vero”, ma i dati sono molto dispersi.

E’ possibile effettuare misure DIRETTE della evapotraspirazione ET di una coltura

Numerosi metodi, basati - sul bilancio energetico

- sul bilancio idrico

Misura dirette sono state utilizzate per gli studi sui Kc

Misure di Misure di evapotraspirazioneevapotraspirazione

ET dal Rapporto di ET dal Rapporto di BowenBowen

E’ un metodo basato sui termini del bilancio energetico:E + H = -(Rn + G) =>

EGRn

EH1

aa

p

V

H TTCKK

LEH

è detto “rapporto di Bowen”

1

GRnLE

E’ possibile ottenere il flusso di evapotraspirazione al di sopra di una superficie misurando T e a a due quote sopra la superficie

Piccole parcelle d’aria in moto turbolento al di sopra della superficie della coltura trasportano con sé calore, quantitàdi moto e gas (vapor d’acqua e CO2). La densità media diflusso di una di queste quantitàin un certo tempo è il prodottotra la velocità verticale delvento e la densità dellaquantità stessa nell’aria. Questo flusso sarà non nullo solo se le fluttuazioni di velocità e densità sono correlatetra loro. Il segno dellacorrelazione specificherà se il flusso è da o verso la superficie.

ET tramite ET tramite ““eddyeddy covariancecovariance””o o covarianzacovarianza turbolentaturbolenta

Misure di Misure di evapotraspirazioneevapotraspirazione

Misura diretta tramite calcolo del bilancio energetico

Misure di Misure di evapotraspirazioneevapotraspirazioneMisura diretta tramite

lisimetri a pesata o a drenaggio

ET ET + + HH + + G + G + MM = = RnRn

BilBil. Idrico. IdricoBilBil. . RadiativoRadiativoBilBil. Energetico. EnergeticoBilBil. Carbonio. CarbonioP =P =

+ R + R

++ D D

++WW

+ + SoilSoil respresp. .

++ C C storagestorage

= CO= CO22 fluxflux

RadRad. Lunga. Lunga

+ + RadRad. Corta. Corta

Fine