Környezeti klimatológia: Növényzettel borított felszínek éghajlata I.

Átírás

1 Környezeti klimatológia: Növényzettel borított felszínek éghajlata I. Kántor Noémi PhD hallgató SZTE Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék geo.u-szeged.hu

2 Speciális jellemzık I. Energia- és víztárolás a vegetációs rendszerekben

3 Energia- és víztárolás a vegetációs rendszerekben Talaj - növény - légkör rendszer Energiaegyenleg Q* = Q H + Q E + Q S + Q P (+ Q A ) Vízegyenleg p = E + r r + S S (+ A)

4 Speciális jellemzık II. Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok

5 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Autotróf szervezetek Fototrófok fényenergia Kemotrófok szervetlen vegyületek oxidációja thermo-acedofil kénbaktériumok kénhidrogén oxidációja vasbaktériumok 2 értékő vas oxidációja durranógáz baktériumok hidrogén oxidációja nitrifikáló baktériumok ammónium oxidálók nitrit oxidálók

6 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Fototróf szervezetek: fényenergia segítségével CO 2 fixálás Az elektromágneses sugárzás spektruma Nap: 0,15-3 µm rövidhullám Föld-légkör légkör rendszer: µm hosszúhullám A légköri elnyelés sávjai

7 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Fototróf szervezetek: fényenergia segítségével CO 2 fixálás Oxigéntermelı fotoszintézis CO 2 + 2H 2 O + fényenergia (CH 2 O) + O 2 + H 2 O kb nm (PAR) H 2 O bontás O 2 fejlesztés Eukarióta szervezetek Magasabbrendő zöld növények Zöld algák Barnamoszatok Kovamoszatok Vörösalgák Prokarióta szervezetek Cianobaktériumok Nem oxigéntermelı fotoszintézis CO 2 + 2H 2 A + fényenergia (CH 2 O) + 2A + H 2 O kb nm nincs H 2 O bontás, nincs O 2 fejlesztés Prokarióta szervezetek Bíborbaktériumok Zöld kénbaktériumok Zöld csúszóbaktériumok Heliobaktériumok

8 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Pigmentek - szárazföldi növények és zöldalgák Klorofillok klofofill - a klorofill - b Karotenoidok karotinok pl. β - karotin xantofillok pl. lutein (kék, vörös) (kék, vörös) (kék) (kék) klorofill - a klorofill - b β - karotin lutein

9 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Pigmentek - vörösmoszatok és cianobaktériumok Klorofillok Karotenoidok Fikobilinek klorofill - a klorofill - d (kék, vörös) (kék, vörös) (kék) fikoeritrobilin (zöld!) fikocianobilin (narancs) allofikocianobilin (vörös) fikocianobilin klorofill - d fikoeritrobilin

10 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Pigmentek - kovamoszatok és barnamoszatok Klorofillok klorofill - a klorofill - c Karotenoidok β - karotin fukoxantin egyéb xantifillok (kék, vörös) (kék, vörös) (kék) (kékeszöld - sárgászöld) (kék) klorofill - c 1 fukoxantin klorofill - c 2

11 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok P - fotoszintézis zis R - légzés széndioxid + vízpára + fényenergia f szénhidr nhidrátok + oxigén szénhidr nhidrátok + oxigén széndioxid + vízpára + égési energia 6 CO H fényenergia + 6 H 2 O C 6 H 12 O O 2 égési energia P P [ kg m - 2 s - 1 ] a fotoszintézis nettó mértéke P P = P - R QP [ W m - 2 ] a biokémiai energiatárolás megváltozása Nappal: P > R P P = 2-5 g m -2 h -1 Q P = 6-16 W m -2 Éjjel: P < R P P = - 1 g m -2 h -1 Q P = - 3 W m -2

12 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Sztóma - gázcsere nyílás Hossz: µm Szélesség: 10 µm db/mm 2 0,3-1 %-a% a a levélfelszín felületének Elhelyezkedés hiposztomatikus episztomatikus amphisztomatikus

13 Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok Sztóma - gázcsere nyílás Anyagcsere: párolgás CO 2 - anyagcsere Nyitódást-záródást befolyásoló tényezık víz napfény hımérséklet CO 2 koncentráció szél Alkalmazkodása szélsıséges feltételekhez sztómakripták Crassulaceae-típusú savas metabolizmus

14 Speciális jellemzık III. A növényállomány szerkezetének hatásai a mikroklimatikus sajátságokra

15 A növényállomány szerkezetének hatásai Elsıdleges aktív felszínek helyzete anyag Lombozat sőrőségének változása a magassággal gyepek az állomány egységes rétegnek tekinthetı erdık lombozat az állomány adott részén lombos erdık m karsztbokorerdı 2-33 m trópusi esıerdık több lombkoronaszint Levelek irányultsága főlevelek falevelek függıleges vízszintes Zéró elmozdulási szint v 0 ms -1 d = 2/3 h anyag- és energia-cserefolyamatok színtere legnagyobb biomassza

16 Levelek I. Sugárzási mérleg és energiaegyenleg

17 Sugárzási mérleg és energiaegyenleg Levelekkel kapcsolatos sugárzási jellemzık ~ hullámhossz ~ pigmentek ~ levélszerkezet α visszaverés ψ átbocsátás ζ elnyelés PAR (0,38-0,71 µm) 0,09 0,06 0,85 NIR (0,71-4 µm) 0,51 0,34 0,15 rövidhullám (0,35-3 µm) 0,30 0,20 0,50 hosszúhullám (3-100 µm) 0,05 0,00 0,95 PAR: Photosynthetically Active Radiation Kék (0,40-0,51 µm) elnyelıdik Zöld (0,50-0,55 µm) visszaverıdik Vörös (0,61-0,70 µm) elnyelıdik NIR: Near Infrared Radiation 0,7 µm-tıl az elnyelés csökken Rövidhullámú sugárzás esetén: ψ / α = 2 / 3 Hosszúhullámú tartományban: csaknem teljes elnyelés

18 Sugárzási mérleg és energiaegyenleg Az izolált levéllel kapcsolatos sugárzási fluxusok Q* levél = K* levél + L* levél Q* levél = K* (t) + K* (a) + L* (t) + L* (a) Q* levél = (K( be - K ki - K át ) (t) + (K( be - K ki - K át ) (a) + (L( be - L ki ) (t) + (L( be - L ki ) (a) Q* levél = (K( be(t) + K be(a) )(1 - α - ψ) ) + (L( be - L ki ki ) (t) (t) + (L( be - L ki ki ) (a)

19 Sugárzási mérleg és energiaegyenleg Az izolált levéllel kapcsolatos energiaegyenleg Q* levél = Q H levél + Q E levél Q* levél = Q H(t) + Q H(a) + Q E(t) + Q E(a) Q S 6 Wm -2 elhanyagolható Q P 16 Wm -2 elhanyagolható

20 Levelek II. Klíma

21 Klíma Hımérsékleti többlet egy levél felszínén a levegıhımérséklethez képest a környezetnél 5-10 C-kal melegebb a trópusokon akár 20 C-kal a levél színe melegebb 1,5 C-kal gyenge turbulens áramlás (v 0,7 ms - 1 ) a szél felıli oldal hővösebb A lamináris (szigetelı) réteg jelentısége extrém hıterhelés - levélszáradás helye fagykár kialakulása károsító élılények rovarok - hővösebb gombák - melegebb + nedvesebb

22 A növények alkalmazkodóképessége I. Fényhiány

23 Növények alkalmazkodása a fényhiányhoz Nagymérető levelek Zselés anyagú lencseszerő sejtek a levélben Piros levélfonák Tőlevelek Helyzete Viaszbevonat Többfajta levél egy fajon belül - borostyán Fénylevelek Árnyéklevelek

24 A növények alkalmazkodóképessége II. Szélsıségesen meleg és száraz körülmények

25 Növények alkalmazkodása extrém meleg, száraz körülményekhez Túlhevülés elleni védekezés Albedó maximalizálása világos színő levelek - sziki üröm levélfelszínre kiválasztott só viaszbevonat Levélállás igazítása a Nap járásához - eukaliptusz Elbújik - kavicsnövényke

26 Növények alkalmazkodása extrém meleg, száraz körülményekhez Vízhiányhoz való alkalmazkodás Ideiglenes növények - Efemer növények Nyugalmi állapotban akár évig Magban csírázásgátló anyag Esı után hét alatt végigmegy a fenológiai fázisokon

27 Növények alkalmazkodása extrém meleg, száraz körülményekhez Vízhiányhoz való alkalmazkodás Állandóan jelenlévı szárazságtőrık - Szukkulens növények Specializáció vízmegszerzésre Testfelületen, levélen lecsapódó pára Gyökérmódosulások Vastag, m-ig m lenyúló karógyökér - Welwitschia Mélyre nyúló, különbözı szinteken oldalirányban szétterjedı gyökérzet - kaktuszok, kreozot cserje Kis mélységben, nagy térfogatban szétágazó gyökér Kis mélységben, kis térfogatban sőrő gyökérhálózat - félsivatagi növények, sztyeppei füvek

28 Növények alkalmazkodása extrém meleg, száraz körülményekhez Vízhiányhoz való alkalmazkodás Állandóan jelenlévı szárazságtőrık - Szukkulens növények Specializáció vízmegtartásra Párologtatás csökkentése Bizonyos testrészeit redukálja Kicsi levélfelület - kaktuszok Levelek / más részek lehullatása - tegezfa Gázcserenyílások elrejtése Sztómák csak a levélfonákon Sztómakripták

29 Növények alkalmazkodása extrém meleg, száraz körülményekhez Vízhiányhoz való alkalmazkodás Állandóan jelenlévı szárazságtőrık - Szukkulens növények Specializáció vízmegtartásra Raktározó funkciók Törzsben - kaktuszok Higroszkópos szövet Bordázott törzs Szárban - palackfa

30 A növények alkalmazkodóképessége III. Szélsıségesen hideg és száraz körülmények

31 Növények alkalmazkodása extrém hideg, száraz körülményekhez Ideiglenes növények - Efemer növények Magashegységi havasi növények Gyakran hagymás-gumós gumós növények Gyorsan végighalad valamennyi fenológiai fázison Pl. harangrojt Állandóan jelenlévık Specializáció nedvességmegszerzésre és nedvességmegtartásra - tőlevelőek Osztott felületen lecsapódó pára Viaszos bevonat

32 Növények alkalmazkodása extrém hideg, száraz körülményekhez Állandóan jelenlévık Specializáció fényszerzésre Tőlevelőek Hóalgák

33 Növények alkalmazkodása extrém hideg, száraz körülményekhez Állandóan jelenlévık Specializáció hımegtartásra Viaszos levélfelszín - tőlevelőek Extra hıszigetelıréteg Sejtfüggelékekkel szırözött test - kökörcsinek, havasi gyopár, lobéliafélék Elszáradt növényi leveleket nem hullajt le - aggófő Rügyek lokális védelme: tılevélrózsa + zselés anyag - lobéliafélék Hıleadó felület csökkentése Földhöz lapuló növények - törpefenyık Csoportos védekezés - párnaszerő növények