Zastosowanie termografii do badania stresu wodnego roślin i ewapotranspiracji rzeczywistej

termografia, rośliny

Badanie zasobów wodnych gleby w aspekcie produkcji roślinnej ma istotne znaczenie poznawcze i praktyczne. Rośliny w czasie swojego rozwoju fizjologicznego potrzebują dużych ilości wody. Na przykład dla wyprodukowania jednego kilograma suchej masy, trawy potrzebują ok. 600 kg wody. W badaniach statusu wodnego roślin stosuje się metody pośrednie opierające się na pomiarach licznych parametrów roślinnych, glebowych, jak i meteorologicznych. Wzajemne związki tych mierzonych wielkości pozwalają określać stopień niedoboru wody w roślinie. Dane zbierane w wybranych punktach pomiarowych, muszą być ekstrapolowane na duże obszary, co wiąże się z koniecznością uwzględnienia zmienności przestrzennej tych parametrów. Niesie to za sobą możliwość wystąpienia dużych błędów. W ostatnich dziesięcioleciach zaistniała możliwość wykorzystywania materiałów teledetekcyjnych w formie termalnych zobrazowań lotniczych i satelitarnych w różnych dziedzinach gospodarki, między innymi w rolnictwie, w produkcji roślinnej . W warunkach polskiego rolnictwa, gdzie w strukturze agrarnej przeważają małe pola uprawne, z wysokich pułapów odwzorowują się dobrze jedynie duże obszary użytków zielonych i lasów. Istnieje olbrzymia ilość mono- i wielospektralnych zobrazowań o bardzo dobrej rozdzielczości geometrycznej i radiometrycznej. Zawierają one ogromne ilości danych o badanych obiektach. Wraz z rozwojem systemów przetwarzania i interpretacji obrazów lotniczych i satelitarnych konieczne jest intensywne prowadzenie badań podstawowych, mających na celu wyjaśnienie zjawisk odbicia promieniowania słonecznego, emisji promieniowania temperaturowego obiektów naturalnych oraz związków między intensywnością promieniowania a własnościami tych obiektów. Woda, która ulega wyparowaniu czy to z powierzchni zbiorników wodnych, czy też z powierzchni lądów w tym powierzchni gleby lub pokrywy roślinnej, staje się niedostępna do wykorzystania przez człowieka. Ważnym zagadnieniem w polskiej agrometeorologii jest umiejętność określania konsumpcyjnego zużycia wody przez parowanie, szczególnie w warunkach niekorzystnego bilansu wodnego i ograniczonych zasobów wodnych. Parowanie jest zjawiskiem fizycznym, które polega na przejściu fazowym wody ze stanu ciekłego w stan gazowy. W przypadku parowania z wolnej powierzchni wody lub z gleby używamy terminu ewaporacja, natomiast parowanie z wnętrza roślin poprzez aparaty szparkowe określa się terminem transpiracja. Ponieważ w konkretnych pomiarach i obliczeniach trudno jest oddzielić parowanie z gleby i z roślin, używa się łącznej wielkości parowania nazwanej ewapotranspiracją. Gdy określa się parowanie z dużego, jednorodnego obszaru, takiego jak zlewnia czy region, używa się terminu parowanie terenowe lub ewapotranspiracja obszarowa. Aby woda mogła parować w sposób ciągły z wilgotnej powierzchni, muszą być spełnione następujące warunki: - zewnętrzne źródło (np. Słońce) musi dostarczać energii potrzebnej do przejścia fazowego wody w postaci cieczy w parę wodną, pochłanianej jako ciepło utajone; - stężenie pary wodnej musi spadać w kierunku od powierzchni parującej do otoczenia; Obydwa te warunki są ściśle związane z prawami zachowania energii i masy. Prawo zachowania energii wymaga, aby ciepło użyte na parowanie i inne procesy było równe ciepłu dostarczonemu do powierzchni. Prawo zachowania masy wymaga, aby intensywność, z jaką para wodna jest usuwana z powierzchni parującej, była równa intensywności, z jaką jest ona przenoszona turbulencyjnie przez atmosferę. Rozróżnia się ewapotranspirację potencjalną i ewapotranspirację rzeczywistą. Określenia ewapotranspiracja potencjalna użył po raz pierwszy Thornthwaite w 1948 roku. Termin ten jest powszechnie używany, chociaż przez badaczy jest różnie rozumiany. Najczęściej ewapotranspirację potencjalną dla danego rodzaju roślinności definiuje się jako sumaryczne parowanie z roślin i gleby przy nieograniczonym dostępie wody glebowej dla roślin i z uwzględnieniem aktualnych wartości poszczególnych wielkości meteorologicznych. Według Brutseart'a ewapotranspiracja potencjalna jest to maksymalna intensywność ewapotranspiracji, jaką posiadałaby w danych warunkach meteorologicznych duża powierzchnia pokryta całkowicie i w sposób jednolity przez aktywnie rosnącą roślinność z nieograniczoną dostępnością wody glebowej . Przyjmuje się w tej definicji, że powierzchnia jest duża, aby wyeliminować wpływ zjawiska lokalnej adwekcji na przebieg ewapotranspiracji. Podobnie według Kędziory ewapotranspiracja potencjalna jest to parowanie z danego terenu pokrytego niską roślinnością przy nieograniczonym dostępie wody glebowej. Efekty biologiczne, takie jak stadium rozwoju roślin czy opór aparatów szparkowych na dyfuzję pary wodnej, mogą w sposób istotny wpływać na intensywność ewapotranspiracji. Dlatego niektórzy autorzy preferują używanie pojęcia ewaporacji potencjalnej, rozumianej jako parowanie z dowolnej dużej jednolitej powierzchni dostatecznie mokrej tak, aby powietrze w kontakcie z nią było całkowicie nasycone masą wody (np. zbiornik wody stojącej). Znajomość ewapotranspiracji potencjalnej jest niezbędna w projektowaniu systemów irygacyjnych, gdyż określa ona niezbędną ilość wody, jaka musi być zapewniona dla danego obszaru rolniczego. W ostatnich latach powszechnie stosowaną procedurą przy określaniu ewapotranspiracji potencjalnej dla różnych gatunków roślin jest najpierw oszacowanie ewapotranspiracji potencjalnej odniesienia dla powierzchni standardowych (trawa, lucerna), a następnie stosowanie odpowiednich empirycznych współczynników roślinnych . Ewapotranspiracja rzeczywista jest to ilość wody odprowadzona do atmosfery wskutek parowania z gleby oraz z masy roślinnej w wyniku transpiracji w istniejących warunkach meteorologicznych i przy aktualnym stanie uwilgotnienia gleby. Ewapotranspiracja rzeczywista zależy od czynników meteorologicznych, glebowych, biologicznych i agrotechnicznych.