Antonio Motisi. Dipartimento di Colture Arboree Università degli Studi di Palermo

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1 Giornate di Studio: Un approccio integrato allo studio dei flussi di massa e di energia nel sistema suolo pianta atmosfera: esperienze e prospettive di applicazione in Sicilia Tecniche di misura dei flussi xilematici per la stima della traspirazione delle colture arboree irrigue: risultati del monitoraggio dei due casi studio siciliani Antonio Motisi Dipartimento di Colture Arboree Università degli Studi di Palermo

2 FAO 56 Flux measurements: transpiration is a primary component of ecosystem water flow

3 Domanda traspirativa dell ambiente Environmental demand Architettura idraulica della pianta Plant hydraulic architecture Disponibilità idrica nel terreno Soil water availability

4 Ohm s law analogy and tree architecture Ψ = E r E = 1 E = 1/2 E = 1 or Ψ = 2 Ψ = 1 Ψ = 1 E = 1 Ψ = 1 r r r

5 Regola di Leonardo Hydraulic architecture

6 Hydraulic architecture and allometric relationships Power curve Y = a x b Number of nodes Portinnesto GF 677 MrS 2/ Diameter of stem element (cm)

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8 Produzione (yield) kg/vine kg/vine ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1, ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1, Water supply (fraction of consumption) Water supply (fraction of consumption) Legno di potatura (pruning wt) 6 0,8 5 0,6 4 0,4 0,2 kg/vine 3 2 kg/vine 0-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1-0,4 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4-0,6-0,8 Water supply (fraction of consumption) Water supply (fraction of consumption)

9 Effetti del regime irriguo sulla produttività dell olivo Effects of irrigation regime on olive yield R 2 = 0,973 Fruit Yield (kg/ha) Accumulated Yield ,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Source: Girona et al., 2000 Water supply (fraction of consumption) Kc

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11 Effetti dell irrigazione a deficit idrico controllato sulla crescita del frutto (pero) Effects of RDI irrigationon fruit growth (pear)

12 La traspirazione al livello di pianta: flusso xilematico

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14 Termografia del campo di calore in seguito ad un impulso termico (vista radiale)

15 Sap flow sensors

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19 Heat Field Deformation method (HFD)

20 V = *K ^ Sensori TDP (Thermal disspation probes)

21 Heat balance

22 Calibrazione

23 Equazione di Marshall (1958) Soluzione analitica dell equazione di Marshall (1958) Solo in theoria!!

24 effetto ferita Teoria (eq di Marshall) Dati osservati

25 Coefficienti di correzione

26 Radial distribution of xylem sap flow

27 3 Integrazione della velocità di flusso sull intera sezione interessata al flusso xilematica

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32 Raffronto con misure lisimetriche

33 Calibration by gas-exchange measurement

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35 Stime della traspirazione al livello di impianto osservazioni a lungo termine su olivo

36 E stato eseguito un confronto fra il consumo idrico valutato a livello di albero e oliveto: 1 - Approccio ecofisiologico (sensori sap-flow); H 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 * (K bc + K e ) Oliveto commerciale (cv. Nocellara del Belice) Localizzato in Sicilia CO 2 Scambi di CO 2 misurati a livello di oliveto: eddy covariance

37 Caratteristiche Vegetative Dell oliveto Appezzamento Plot D (NW) Plot D D (NW) Plot D (NW) Stazione eddy covariance Plot C (NE) Appezzamento Plot C (NE) C (NE) Plot C (NE) La percentuale media di copertura del suolo da parte degli alberi è del 45% N Appezzamento Plot B (SW) Plot B (SW) B (SW) Plot B (SW) Sensori sap flow Plot A (SE) Appezzamento Plot A (SE) A (SE) Plot A (SE) Appezzamento (plot) Età (Anni) Densità d impianto (m) Area sezione del tronco (cm 2 ) Area della proiezione della chioma (m 2 ) Altezza albero (m) A 12 5 x B 16 5 x C x D 12 5 x

38 Posizione degli alberi campione lungo il footprint della torre EC

39 CONFRONTO FRA I DATI (SCAMBI DI ACQUA) RILEVATI A LIVELLO DI PIANTA (SENSORI SAP FLOW) CON QUELLI A LIVELLO DI OLIVETO (EDDY COVARIANCE) Appezzamento Plot D (NW) Plot D D (NW) Plot D (NW) Stazione eddy covariance Plot C (NE) Appezzamento Plot C (NE) C (NE) Plot C (NE) N Appezzamento Plot B (SW) Plot B (SW) B (SW) Plot B (SW) Plot A (SE) Appezzamento Plot A (SE) A (SE) Plot A (SE) Sensori sap flow 1- Operazione di scaling all interno del plot A (sap flow) utilizzando l area della sezione del tronco (AST) come variabile; 2- Operazione di scaling fra i vari plot considerando le caratteristiche vegetative rilevate negli altri 3 plot e i valori di direzione prevalente del vento (intervallo di 30 min)

40 Sensori Sap flow (Green and Clothier 1988) Plot: A Età (anni): 12 distanza fra alberi (m): 5 x 8 Area media sezione tronco (AST): 321 cm 2 (valore misurato su 40 piante) Percentuale media di copertura del suolo: 40% Due sensori sap flow per pianta sono stati applicati su 3 piante, individuate queste come rappresentative dell intero del plot (A): (AST = 154 cm 2 ; 316 cm 2 ; 412 cm 2 )

41 CALIBRAZIONE DEI SENSORI SAP FLOW Sistema aperto Sessioni di misura giornaliere del flusso di linfa (sensori sap flow) e traspirazione

42 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. L/day (Balloon) Winter session y = 1.02 x R 2 = 0.99 TREE A B C L/day (sap flow) Summer session correction factor for 2.6 mm wound width

43 Olivo, cv. Nocellara del Belice Effetto dell intervento irriguo sui valori di flusso xilematico su 3 piante 6 Intervento Irriguo Traspirazione (litri/ora) P44 P60 P

44 Dinamica oraria dei flussi xilematici (olivo, cv. Nocellara del Belice) 3000 Irrigazione ORA GIORNO P Irrigazione

45 Procedura di scaling dal livello albero a livello del plot A Consumo idrico giornaliero (litri/giorno) y = x R 1 2 = (albero più piccolo) 20 AST = 154 cm Area della sezione del tronco (cm 2 ) 2 3 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 Area media della sezione del tronco (plot A): 321 cm 2 (valore ottenuto da 40 piante) (albero più grande) AST = 412 cm2 Count PLOT A Proportion per Bar Area della sezione del tronco (cm 2 )

46 Scaling up operations among plots (From Plot A to plots B, C and D), of transpiration data from sap flow sensors Sap flow Plot Age (years) Tree spacing (m) Trunk cross sectional area (cm 2 ) Canopy land area projected on the ground (m 2 ) Tree height (m) A 12 5 x B 16 5 x C x D 12 5 x Tree leaf area (m 2 ) Old trees (Plot C) Young trees (Plot A,B and D) Trunk cross sectional area (cm 2 ) 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).

47 Operazione di scaling fra i vari plot Stazione Eddy covariance Plot B (SO) Plot D (NO) Plot D (NW) covariance station Plot D (NW) Direzione del vento: Sud - ovest Plot B (SW) Plot B Copertura suolo = 58% K cb = 0.46 Sap flow sensors Plot C (NE) Plot C (NE) Plot C (NE) Direzione vento Sud - est Plot A (SE) Plot A (SE) Copertura suolo = 40% K cb = 0.4 Plot A (SE) 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 K cb direzione del vento

48 Perdite di acqua dovuto a rotture dell impianto di irrigazione Irrigazione a goccia Eventi piovosi 6 5 mm/giorno Eddy covariance Etc (sapflow) Giorno dell anno

49 6 5 4 Sap flow plus soil evaporation Eddy Covariance Etc FAO mm/day / / Day of year

50 Questione di scala: delimitare il sistema!!! Individuare l acqua in gioco!!! livello di impianto livello territoriale

51 Agrumi

52 Traspirazione (L/ora) aprile 2010 Luglio 2010 x$sapflowtree_s Sapflow - anno: 2010 DOY: 120 x$sapflowtree_s Sapflow - anno: 2010 DOY: :00 06:00 11:00 16:00 21:00 02:00 07:00 12:00 17:00 22:00

53 ora del giorno Giorni dall'1 gennaio Z ora del giorno Giorni dall'1 gennaio Z ora del giorno Giorni dall'1 gennaio Z Traspirazione/albero (L/ora)

54 Giorno dell'anno Traspirazione (L/giorno)

55 Traspirazione (stimata da sapflow) nel giorno di massimo consumo idrico n. piante / ha 450 Trasp/albero (L/giorno) 100 mc/ha/giorno 45 mm/giorno 4,5

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