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]