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