Környezeti klimatológia I. Növényzettel borított felszínek éghajlata Kántor Noémi PhD hallgató SZTE Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék kantor.noemi@geo.u-szeged.hu Egyszerű, kopár felszínek 1
Növényzettel borított felszínek Speciális jellemzők I. Energia- és víztárolás a vegetációs rendszerekben 2
A talaj - növény - levegő rendszer A talaj - növény - levegő rendszer vízegyenlege p = E + r (+ A) + S p - E + r (+ A) = S 3
Sugárzási mérleg Az elektromágneses sugárzás spektruma K: 0,15-3 µm L: 3-100 µm Sugárzási mérleg Nappal: Q* = K* + L* ( + ) Éjjel: Q* = L* ( - ) 4
A talaj - növény - levegő rendszer energiaegyenlege Q* = Q H + Q + Q S + Q (+ Q P A ) E Speciális jellemzők II. Fotoszintézis és széndioxid cserefolyamatok 5
Autotróf szervezetek Fototrófok fényenergia Kemotrófok szervetlen vegyületek oxidációja NH 4+ Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus NO 2- Nitrobacter H 2 durranógáz baktériumok denitrifikáló baktériumok Fe 2+ vasbaktériumok H 2 S thermo-acedofil kénbaktériumok Autotróf szervezetek Fototrófok fényenergia FOTOSZINTÉZIS Fotoszintézis 2 szakasza - fényszakasz - sötét szakasz 6
Autotróf szervezetek Fototrófok fényenergia FOTOSZINTÉZIS kb. 400-700 nm kb. 900-1000 nm Oxigéntermelő fotoszintézis Nem oxigéntermelő fotoszintézis Fototróf szervezetek Oxigéntermelő fotoszintézis CO 2 + 2H 2 O + fényenergia (CH 2 O) + O 2 + H 2 O kb. 400-700 nm - PAR (Photosynthetically Active Radiation) 7
Kloroplasztisz Pigmentek Szárazföldi növények és zöldalgák 8
Pigmentek Szárazföldi növények és zöldalgák Klorofillok Karotenoidok klorofill - a klofofill - a (kék, vörös) klorofill - b (kék, vörös) karotinok pl. β - karotin (kék) xantofillok pl. lutein (kék) klorofill - b β - karotin lutein Pigmentek Szárazföldi növények és zöldalgák Klorofillok klofofill - a (kék, vörös) klorofill - b (kék, vörös) Karotenoidok karotinok pl. β - karotin (kék) xantofillok pl. lutein (kék) 9
Pigmentek Vörösmoszatok és cianobaktériumok Pigmentek Vörösmoszatok és cianobaktériumok Klorofillok klorofill - a (kék, vörös) klorofill - d (kék, vörös) Karotenoidok (kék) Fikobilinek fikoeritrobilin (zöld!) fikocianobilin (narancs) allofikocianobilin (vörös) klorofill - d fikoeritrobilin fikocianobilin 10
Pigmentek Kovamoszatok és barnamoszatok Pigmentek Kovamoszatok és barnamoszatok Klorofillok klorofill - a (kék, vörös) klorofill - c (kék, vörös) Karotenoidok β - karotin (kék) fukoxantin (kékeszöld - sárgászöld) egyéb xantifillok (kék) klorofill - c 1 fukoxantin klorofill - c 2 11
Fototróf szervezetek Nem oxigéntermelő fotoszintézis CO 2 + 2H 2 A + fényenergia (CH 2 O) + 2A + H 2 O kb. 900-1000 nm Bakterioklorofillok (kék, NIR) Prokarióta szervezetek Bíborbaktériumok Zöld kénbaktériumok Zöld csúszóbaktériumok Heliobaktériumok Pigmentek - Főbb abszorpciós tartományok Chl BChl CChl klorofillok bakterioklorofillok Chlorobium klorofill PE PC Car fikoeritrinek fikocianinok karotinoidok 12
Fotoszintézis és légzés P - fotoszintézis R - légzés fényenergia 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 égési energia P [ kg m -2 s -1 ] P = P - R Q P [ W m -2 ] Nappal: P > R P = 2-5 g m -2 h -1 Q P = 6-16 W m -2 Éjjel: P < R P = - 1 g m -2 h -1 Q P = - 3 W m -2 Sztóma 13
Sztóma Hossz: 10-30 µm Szélesség: 10 µm 50-500 db/mm 2 0,3-1 %-a a levélfelszín felületének Elhelyezkedés hiposztomatikus episztomatikus amphisztomatikus Sztóma Sztómák nyitódását-záródását befolyásoló tényezők víz napfény hőmérséklet szél CO 2 koncentráció 14
Sztóma Alkalmazkodási bélyegek Crassulaceae-típusú savas metabolizmus xeromorf gázcserenyílások sztómakripták higromorf gázcserenyílások kiemelkedések tűlevelűek sztómái Speciális jellemzők III. A növényállomány szerkezetének hatásai a mikroklimatikus sajátságokra 15
Az elsődleges aktív felszín Lombozat sűrűségének változása a magassággal Levelek irányultsága 16
?: Levél klímája Növény klímája Növényállomány klímája A lokális klímát nem kapjuk meg a sok mikroklíma összekombinálásából Zéró elmozdulási szint v 0 ms -1 d = 2/3 h Levelek I. Sugárzási mérleg és energiaegyenleg 17
Sugárzással kapcsolatos tulajdonságok ~ levelek szerkezete ~ pigmentek ~ beeső fény hullámhossza PAR (0,38-0,71 µm) NIR (0,71-4 µm) rövidhullám (0,35-3 µm) hosszúhullám (3-100 µm) α visszaverés 0,09 0,51 0,30 0,05 ψ átbocsátás 0,06 0,34 0,20 0,00 ζ elnyelés 0,85 0,15 0,50 0,95 PAR (0,38-0,71 µm) Photosynthetically Active Radiation 0,40-0,51 µm elnyelődik 0,50-0,55 µm visszaverődik 0,61-0,70 µm elnyelődik 18
Ideális sugárzási környezet VIS NIR hh. jó elnyelés magas visszaverőképesség jó kibocsátóképesség PAR (0,38-0,71 µm) NIR (0,71-4 µm) rövidhullám (0,35-3 µm) hosszúhullám (3-100 µm) α visszaverés 0,09 0,51 0,30 0,05 ψ átbocsátás 0,06 0,34 0,20 0,00 ζ elnyelés 0,85 0,15 0,50 0,95 Alkalmazkodás Sivatagi növények Tűlevelűek Az izolált levéllel kapcsolatos sugárzási mérleg 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 ) (t) + (L be -L ki ) (a) 19
Az izolált levél energiaegyenlege Q* levél = Q H levél + Q E levél Q S 6 Wm -2 elhanyagolható Q* levél = Q H(t) + Q H(a) + Q E(t) + Q E(a) Q P 16 Wm -2 elhanyagolható Levelek II. Klíma 20
Hőmérsékleti többlet egy levél felszínén a levegőhőmérséklethez képest v 0,7 ms -1 gyenge turbulens áramlás T: 5-10 C (trópusokon akár 20 C) levél színe melegebb 1,5 C-kal a szél felőli oldal hűvösebb A lamináris szigetelőréteg jelentősége 21
Levelek III. Alkalmazkodási bélyegek Fényhiány 22
Meleg, száraz körülmények Túlhevülés elleni védekezés Meleg, száraz körülmények Vízhiányhoz való alkalmazkodás 23
Hideg, száraz körülmények 24