Produkční biologie Bi8030Produkční biologie Bi8030Produkční biologie Bi8030Produkční biologie Bi8030podzimní semestr 2011podzimní semestr 2011podzimní semestr 2011podzimní semestr 2011

1.1. Sluneční záření jako energetický Sluneční záření jako energetický 1.1. Sluneční záření jako energetický Sluneční záření jako energetický zdroj produkcezdroj produkce

2.2. Struktura vegetačního krytu, Struktura vegetačního krytu, 2.2. Struktura vegetačního krytu, Struktura vegetačního krytu, intercepce radiace, absorpce, LAIintercepce radiace, absorpce, LAIintercepce radiace, absorpce, LAIintercepce radiace, absorpce, LAI

M. BartákM. BartákOFAR ÚEB PřF MU Brno

Viditelné záření

(světlo) je jen malá (světlo) je jen malá

část spektra zářeníčást spektra záření

Sluneční záření

• Solární konstanta = 1.36 kW/m2 [kJ/m2.s]

Modifikace záření rostlinou

Absorpce PAR chloroplastyAbsorpce PAR chloroplastyAbsorpce PAR chloroplastyAbsorpce PAR chloroplasty

Interakce dopadajícího záření s fotosyntetizujícím objektem (listem):

• odraz, absorpce, průnik

Modifikace záření porostem

• relativní ozářenost (relativní světelný požitek) - intenzita ozáření • relativní ozářenost (relativní světelný požitek) - intenzita ozáření

uvnitř rostlinného porostu v procentech plného ozáření dosaženého

na volné ploše na volné ploše

• Iz = I0.e-k.LAI k - exktinkční koeficient, LAI - leaf area index

Modifikace záření porostem

• relativní ozářenost (relativní světelný požitek) - intenzita ozáření • relativní ozářenost (relativní světelný požitek) - intenzita ozáření

uvnitř rostlinného porostu v procentech plného ozáření dosaženého

na volné ploše na volné ploše

• Iz = I0.e-k.LAI k - exktinkční koeficient, LAI - leaf area index• Iz = I0.e k - exktinkční koeficient, LAI - leaf area index

k - extinkční koeficient:

louky, rákosiny k = 0.3-0.5

společenstva bylin k = 0.7

Monteith (1977)Monteith (1977)Monteith (1977)Monteith (1977)

http://www.decagon.com/education/lighthttp://www.decagon.com/education/light--interceptioninterception--andand--biomassbiomass--production/production/

Intercepce záření v porostuIntercepce záření v porostuIntercepce záření v porostuIntercepce záření v porostu

http://www.nrri.umn.edu/ecophys/shading.htmlhttp://www.nrri.umn.edu/ecophys/shading.htmlhttp://www.nrri.umn.edu/ecophys/shading.htmlhttp://www.nrri.umn.edu/ecophys/shading.htmlhttp://www.biologie.unihttp://www.biologie.uni--hamburg.de/bhamburg.de/b--online/virtualplants/ipi_ic14.htmlonline/virtualplants/ipi_ic14.htmlhttp://www.worldagroforestrycentre.org/sea/Products/Ahttp://www.worldagroforestrycentre.org/sea/Products/AFModels/Slim/images/3d_view.jpgFModels/Slim/images/3d_view.jpg

Metody měření indexu listové Metody měření indexu listové Metody měření indexu listové Metody měření indexu listové plochy (LAI)plochy (LAI)

Destruktivní (stanovení projekční plochy)Destruktivní (stanovení projekční plochy)Destruktivní (stanovení projekční plochy)Destruktivní (stanovení projekční plochy)–– fotoplanimetry, scanneryfotoplanimetry, scannery

S využitím LambertS využitím Lambert--Beerové zákonaBeerové zákona–– LAI metr, interceptometr, přímým měřením LAI metr, interceptometr, přímým měřením –– LAI metr, interceptometr, přímým měřením LAI metr, interceptometr, přímým měřením zářenízáření

Metodou hemisférické fotografieMetodou hemisférické fotografie

Matematickou simulací sturuktury porostuMatematickou simulací sturuktury porostuMatematickou simulací sturuktury porostuMatematickou simulací sturuktury porostu

Přístroje měřící LAI, PARPřístroje měřící LAI, PARPřístroje měřící LAI, PARPřístroje měřící LAI, PAR

http://www.wagtechprojects.com/products/agronomics/crophttp://www.wagtechprojects.com/products/agronomics/crop--science/lightscience/light--measurement/plantmeasurement/plant--canopycanopy--measurementmeasurementwww.zealquest.cnwww.zealquest.cnwww.zealquest.cnwww.zealquest.cn

Leaf area indexLeaf area indexnepřímé metody stanovení/měřenínepřímé metody stanovení/měřenínepřímé metody stanovení/měřenínepřímé metody stanovení/měření

Hemisférická fotografieplus vyhodnocovacíplus vyhodnocovacísoftware

Source of photo: http://www.sylva.org.uk/blog/category/oneoakSource of photo: http://www.sylva.org.uk/blog/category/oneoak--project/science/project/science/

http://www.duke.edu/~jspippen/work/face.htmhttp://www.duke.edu/~jspippen/work/face.htm

FotoplanimetryFotoplanimetryFotoplanimetryFotoplanimetry

http://www.uky.edu/Ag/Agronomy/Departmenthttp://www.uky.edu/Ag/Agronomy/Department/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemoving/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemoving/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemoving/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemovingLeaflets.jpgLeaflets.jpg

Cumulative LAICumulative LAICumulative LAICumulative LAI

A.M. Massignam1, 2, S.C. Chapman3, G.L Hammer4,and S Fukai1 (2001)A.M. Massignam1, 2, S.C. Chapman3, G.L Hammer4,and S Fukai1 (2001)H. Rahimian Mashhadi1 and E. Zand2H. Rahimian Mashhadi1 and E. Zand2

Leaf area indexLeaf area indexLeaf area indexLeaf area index

Source: http://ldas.gsfc.nasa.gov/gldas/GLDASlaigreen.phpSource: http://ldas.gsfc.nasa.gov/gldas/GLDASlaigreen.php

PojmyPojmyPojmyPojmy

LAILAI Leaf area indexLeaf area index

LADLAD Leaf area densityLeaf area densityLADLAD Leaf area densityLeaf area density

Light interception, Light attenuationLight interception, Light attenuationLight interception, Light attenuationLight interception, Light attenuation

Canopy profileCanopy profile

LAI / LAD, LA distributionLAI / LAD, LA distribution

Optical Extinction Coefficient for Optical Extinction Coefficient for Oriented LeavesOriented LeavesOriented LeavesOriented Leaves

0.7

0.8

range of Grange of G--functions small (0.3functions small (0.3--0.8) 0.8)

0.6

0.7range of Grange of G--functions small (0.3functions small (0.3--0.8) 0.8) and smoother than leaf inclination and smoother than leaf inclination distributions;distributions;

planophile canopies, Gplanophile canopies, G--function is function is

0.4

0.5

G_l(theta)

planophile canopies, Gplanophile canopies, G--function is function is high (>0.5) for low zenith and low high (>0.5) for low zenith and low (<0.5) for high zenith; (<0.5) for high zenith;

converse true for erectophile converse true for erectophile canopies;canopies;

( ) ( )1

0.3

G_l(theta)

canopies;canopies;

GG--function always close to 0.5 function always close to 0.5 between 50between 50oo and 60and 60oo

essentially invariant at 0.5 over essentially invariant at 0.5 over ( ) ( ) lllll dgG ΩΩ⋅ΩΩ=Ω ∫

+ππ2

2

1

0.1

0.2essentially invariant at 0.5 over essentially invariant at 0.5 over different leaf angle distributions at different leaf angle distributions at 57.557.5oo..

0.00 10 20 30 40 50 60 70 80 90

zenith angle / degreesDr. Lewis

zenith angle / degrees

spherical planophile erectophile

plagiophile extremophile

Dr. Lewishttp://www2.geog.ucl.ac.uk/~plewis/rnr/lecture2.ppt#271,10,Optical Extinction Coefficient for Oriented Leaves

http://www.duke.edu/~jspippen/work/face.htmhttp://www.duke.edu/~jspippen/work/face.htm

FotoplanimetryFotoplanimetryFotoplanimetryFotoplanimetry

http://www.uky.edu/Ag/Agronomy/Departmenthttp://www.uky.edu/Ag/Agronomy/Department/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemoving/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemoving/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemoving/sbr/images/updates/ky/0709/crewRemovingLeaflets.jpgLeaflets.jpg

LED jako zářivé zdrojeLED jako zářivé zdrojeLED jako zářivé zdrojeLED jako zářivé zdroje

R G BR G BR G BR G B

Light sourcesLight sourcesLight sourcesLight sources

http://www.jsjtek.com/eng/bichury.phphttp://www.jsjtek.com/eng/bichury.phphttp://www.growthtechnology.com/lightwavehttp://www.growthtechnology.com/lightwave--T5.aspT5.asphttp://www.growthtechnology.com/lightwavehttp://www.growthtechnology.com/lightwave--T5.aspT5.asphttp://intiridesigns.com/articles/color.phphttp://intiridesigns.com/articles/color.php

Sluneční záření

• Solární konstanta = 1.36 kW/m2 [kJ/m2.s]