Παράκαμψη προς το κυρίως περιεχόμενο

Δείκτης Υδατικής Καταπόνησης Καλλιέργειας και Υπέρυθρη Θερμοκρασία

Δείκτης Υδατικής Καταπόνησης Καλλιέργειας και Υπέρυθρη Θερμοκρασία

temperature measurement

Ο Δείκτης Υδατικής Καταπόνησης Καλλιέργειας (Crop Water Stress Index - CWSI) είναι ένα μέτρο του σχετικού ρυθμού διαπνοής που συμβαίνει σε μια καλλιέργεια κατά τη στιγμή της μέτρησης. Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το μέτρο της θερμοκρασίας του φυλλώματος ενός φυτού (TC) και του ελλείμματος των υδρατμών της ατμόσφαιρας (VPD), το οποίο είναι μέτρο της ξηρότητας του αέρα (Jackson et al . 1981). Στο έργο αυτό, εξετάστηκαν οι εκτιμήσεις του ισοζυγίου ενέργειας για να δειχθεί πώς η διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας της φυτοκόμης και της θερμοκρασίας του αέρα (TC-TA) σχετίζεται με το έλλειμμα της τάσης των υδρατμών της ατμόσφαιρας (VPD) και της πυκνότητας ροής της καθαρής ακτινοβολίας (RNET) παρουσιάζοντας την θεωρητική εκτίμηση του CWSI.

Η εξάτμιση και διαπνοή είναι μια διαδικασία ψύξης. Η κατάσταση αλλαγής νερού από υγρή φάση σε υδρατμό αφαιρεί μια ποσότητα θερμότητας (λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης) από την επιφάνεια εξάτμισης. Η θερμοκρασία των φύλλων καθορίζεται από τη διαθεσιμότητα υγρασίας του εδάφους στην ζώνη του ριζοστρώματος (επάρκεια νερού στο πορώδες του εδάφους) και τις επικρατούσες συνθήκες περιβάλλοντος των φυτών. Το CWSI συνδυάζει τους παραπάνω δύο παράγοντες για να δώσει μια εκτίμηση της υδατικής καταπόνησης των καλλιεργειών. Όλη η ιδέα βασίζεται στην υπόθεση ότι όταν η υγρασία του εδάφους μειώνεται όλο και περισσότερο στη ζώνη του ριζοστρώματος, η διαπνοή μειώνεται αντίστοιχα και, κατά συνέπεια, η θερμοκρασία του φυλλώματος του φυτού αυξάνεται. Το αντίθετο συμβαίνει όταν η υγρασία αυξάνεται στην κατατομή του εδάφους.

Κατά τον τελευταίο αιώνα, η θερμοκρασία του φυλλώματος έχει εκτιμηθεί με διάφορους τρόπους. Στις πρώτες εργασίες, οι μετεωρολογικοί παράγοντας αγνοήθηκαν ευρέως από τους επιστήμονες λόγω του μη διαθέσιμου κατάλληλου εξοπλισμού, και έτσι οι μετρήσεις ήταν περιορισμένες.

Κατά τις αρχές αυτού του αιώνα, υπήρξε διαμάχη για το κατά πόσον οι θερμοκρασίες του θόλου πρέπει να είναι πιο ψυχρές από αυτές του περιβάλλοντος αέρα (Θερμοκρασία αέρα πάνω από την καλλιέργεια). Η ανάπτυξη της τεχνολογίας υπέρυθρων θερμομέτρων επέτρεψε περαιτέρω διερεύνηση της σχέσης μεταξύ της θερμοκρασίας του αέρα και των φύλλων.

Σήμερα, φορητά θερμόμετρα και αυτόματες καταγραφόμενες μόνιμες υπέρυθρες μετρήσεις (Εικ. 1,2) είναι απαραίτητοι αισθητήρες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των φυτών και του εδάφους. Η υπέρυθρη θερμομετρία προσέφερε τη δυνατότητα γρήγορων ποσοτικών μετρήσεων του επιπέδου της επάρκειας νερού των καλλιεργειών. Ο Idso και συνεργάτες (1981) παρουσίασαν μια εμπειρική μέθοδο για τον ποσοτικό προσδιορισμό της υδατικής καταπόνησης των φυτών, καθορίζοντας "βασικές γραμμές καταπόνησης και φυσικής υδατικής κατάστασης για τις καλλιέργειες”.

Ο καθορισμός της ανώτερης βασικής γραμμής (Upper base line) δεν αποτελεί απλή διαδικασία για οποιαδήποτε καλλιέργεια. Ωστόσο, αυτή η εμπειρική προσέγγιση έχει προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον λόγω της απλότητάς της. Απαιτεί τη μέτρηση της θερμοκρασίας της φυτοκόμης (TC), της θερμοκρασίας του αέρα (TA) και του ελλείματος κορεσμού της ατμόσφαιρας (VPD). Μετά την εμπειρική προσέγγιση από τους Idso et al. (1981) παρουσίασαν μια θεωρητική μέθοδο για τον υπολογισμό του CWSI. Η νέα θεωρητική διαδικασία απαιτούσε τη μέτρηση της καθαρής πυκνότητας ροής της ακτινοβολίας (RNET) και τον παράγοντα της αεροδυναμικής αντίστασης, επιπλέον της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας του αέρα (ΤΑ RH) που απαιτείται στην εμπειρική προσέγγιση.

Η πρακτική εκτίμηση του δείκτη υπολογίζεται προσδιορίζοντας τη σχετική απόσταση μεταξύ της κατώτερης γραμμής (Lower base line) που αντιπροσωπεύει τις συνθήκες επάρκειας εδαφικής υγρασίας και της άνω γραμμής αναφοράς (Upper base line) που αντιπροσωπεύει τη μέγιστη υδατική καταπόνηση της καλλιέργειας (μη ύπαρξη διαπνοής) (Εικ. 3). Αυτές οι δύο γραμμές είναι κατάλληλες για την εκτίμηση της κατάστασης εδαφικής υγρασίας μιας καλλιέργειας κατά την διάρκεια της θερμής περιόδου του έτους όπου απαιτείται άρδευση.

Αυτές οι γραμμές είναι το αποτέλεσμα μιας βαθμονόμησης που αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη καλλιέργεια σε μια περιοχή. Η χαμηλότερη γραμμή βάσης μπορεί να προσδιοριστεί από τη διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας καλλιέργειας και της θερμοκρασίας αέρα και των μετρήσεων του ελλείμματος πίεσης ατμών (VPD) περίπου δύο ημέρες μετά το πλήρες πότισμα.

Οι μετρήσεις της θερμοκρασίας του θόλου πρέπει να πραγματοποιούνται από τις 10 π.μ. έως τις 2 μ.μ., λαμβάνοντας επαρκή αριθμό μετρήσεων. Οι δειγματοληψίες της θερμοκρασίας του φυλλώματος πρέπει να επαναληφθούν αρκετές φορές, συμπεριλαμβανομένων των μετρήσεων σε ξηρές και υγρές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το πλήρες εύρος μετρήσεων αντιπροσώπευσης της κάτω γραμμής παλινδρόμησης από ένα ευρύ φάσμα ζευγών τιμών (ΤC-TA vs VPD). Ο άνω προσδιορισμός της αρχικής γραμμής μπορεί να ληφθεί αν κοπεί το φυτό και την επόμενη μέρα ληφθούν θερμοκρασίες του φυλλώματος καθώς τα φυτά δεν εμφανίζουν πλέον διαπνοή.

temperature measurement
Εικόνα 1. Μετρήσεις θερμοκρασίας φυλλώματος σε αρδευόμενη καλλιέργεια πατάτας με φορητό υπέρυθρο θερμόμετρο κατά τη μεσημβρινή ώρα μιας ηλιόλουστης ημέρας.

 

micrometereological station
Εικόνα 2. Δύο υπέρυθρα θερμόμετρα έχουν εγκατασταθεί μόνιμα στον ιστό του Μικρομετεωρολογικού σταθμού για συνεχείς μετρήσεις της θερμοκρασίας του φυλλώματος.

 

graphical illustration of Crop Water Stress Index
Εικόνα 3. Γραφική απεικόνιση του συντελεστή υδατικής καταπόνησης για μια καλλιέργεια (CWSI) ίση με τη σχετική απόσταση μέτρησης (a/a+b) μεταξύ της κάτω και της άνω βασικής γραμμής.

 

Αναφορές

  1. Azzam, A. Tabaileh, T.W. Sammis, D.G. Lugg. 1986. Utilization of thermal infrared thermometry for detection of water stress in spring barley. Agricultural Water Management 12:75-86.
  2. Idso, S. B., Jackson, R.D., Pinter, P.J.Jr., Reginato, R. J. and Hatfield, J. L. 1981 Normalizing the stress-degree-day parameter for environmental variability. Agric. Metorol., 24:45-55
  3. Jackson, R. D., Kustas, W. P., & Choudhury, B. J. (1988). A reexamination of the crop water stress index. Irrigation science, 9(4), 309-317.
  4. Jackson, R. D., S. B. Idso, R. J. Reginato, P. J. Printer, 1981. Canopy temperature as a crop water stress indicator. Water Res 17:1133-1138
  5. Sammis, T.W. and D. Jernigan.1992. Crop water stress index of ornamental plants. American Soc. of Agric. Eng., Vol. 8, No. 2
  6. Sammis, T.W. W.R. Riley, and D.G. Lugg. 1988. Crop water stress index of pecans. Applied Eng. in Agric. 4(1):39-45.