Bestimmung der aerodynamischen

12 Pages·2008·1.98 MB·German

Bestimmung der aerodynamischen- und Bestandesleitfähig
keit eines Pferdebohnenbestandes (Viciafaba oar; Arista)
J.
Saylan L. und Eitzinger
Estimation ofthe aerodynamic and surface conduetance ofa faba bean field
(Viciafaba var.Arista)
1. Einleitungund Problemstellung Verdunstungsformeln sind je nach den berücksichtigten
Parametern relativ einfach bis sehr komplex aufgebaut.
Die potentielle und aktuelle Evapotranspiration (ETp, Komplexe Formelnwie z,B. die Penman-Monteith Kom
ETa)im System Boden-Pflanze-Atmosphäre ist ein kom binationsgleichung sind physikalisch realistischer, sie be
plexerVorgang und wird von vielen Komponenten be nötigenaber auchmehrInputparameter,wassehrschwieri
stimmt. Atmosphärische Parameter (Temperatur, Strah ge Messungen (z, B. der Bestandesleitfähigkeit) und teure
lung,Luftfeuchte,Wind) legendenVerdunstungsanspruch Meßgeräteerfordert (STEWARTand GAY, 1988).
überdasSättigungsdefizit derLuft fest undderBodenfun Seit Jahren werden etliche Verdunstungsmodelle unter
giert alsWasserspeicher. Dazwischen versucht die Pflanze schiedlicher Ansätze (z, B. nach THORNTHWAITE, 1948;
mit ihrerSpaltöffnungsregulation denWasserverbrauchzu HARGREAVES, 1974;BLANEYandCRIDDLE, 1950; PENMAN,
optimieren. Die ET wird weiters auch vom Pflanzenbe 1948; MONTEITH, 1965) entwickelt, um die potentielle
stand selbstbeeinflußt. Die Wuchsform, die Blattstruktur Evapotranspiration (ETp) oder eine Referenz ET (ETr,
und dieHöheder Pflanzenwirkenaufdie aerodynamische bezogen auf eine definierte Pflanzendecke bei optimaler
Rauhigkeit,denTransportvonMasseundEnergieoderden Wasserversorgung) rur unterschiedliche Zeitmaßstäbe zu
turbulenten Fluß bzw.Wasserdampfstrom aus derVegeta berechnen.
tionindieAtmosphäre (SCHRÖDTER, 1985). Die aktuelle Evapotranspiration (ETa)unterscheidetsich
Summary
Evapotranspiration isacomplex physical-physiological processand ofgreat importance for the water balance in the
systemsoil-plant-armosphere.Thebestapproachused inscienceisthe socalledPenman-Monteithcombinationequa
tion anditsvariants, inwhichanumberof therelevantevapotranspirationparametersareconsidered.Thereforethe
knowledgeoftheseparametersgiven underthespecific conditions (soil,climate, plantcanopy) forthe specificappli
cationisnecessary.
The difficultyin usingofthe Penman-Monteithequationliesin the estimation ofthe aerodynamicandsurfacecon
ductancesforthe specificconditions. Fortheestimationoftheseparametersthe sensibleandlatentheat fluxofafaba
bean (Viciafabavar..Arista) field has been measuredand the actual evapotranspiration has been estimatedbyusing
the Bowenratio energy balance method. In this connection the surface conductance has been calculated from the
Penman-Monteith equation by using the measured actual evaporranspiration. The measurements were carried out
during three different growth stages offababean in the field.. The surface conductance lies under approximately
20 mm s·l and 10mm s·l inthefirstandthelastperiod,respectively..In thesecondmeasuringperiod,whichwaswith
inthemaingrowth period, the surfaceconductancevariedbetween 20 mms·l and75 mms..l.Theaerodynamiccon
ductancerangedduringthemeasuringperiodsfrom 15mm5..1 up to 140 mms·l..Asignificant correlationwasfound
forthewholevegetarionperiodberweensurfaceconductanceandvaporpressuredeficit, leafareaindexandsoilwater
content(?=0..83).
Keywords: Agrometeorology, fababean, evapotranspiration, surfaceconductance, bowen ratio.
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Zusammenfassung
physikalisch~physiologischer
Die Verdunstung (Evapotranspiration) von einem Pflanzenbestand ist ein komplexer
Vorgangundvon großer BedeutungimWasserhaushalt desSystemsBoden-P~anze-Am:os~häre. !?leanerka;n~teste
wissenschaftlichverwendete Annäherung ist die sogenannte Penman-Monteith Kombinationsgleichung mit Ihren
zahlreichenVarianten, in welche eine Reihevon bestimmenden Faktoren der Verdunstung parametrisch eingehen.
Dieserfordertjedocheinegenaue KenntnisdieserParameterunterdengegebenen spezifischenBedingungen (Boden,
Klima, Pflanzenbestand) im jeweiligenAnwendungsfalL
Die größte Schwierigkeit bei der Verwendung der Penman-Monteith Gleichungist die Be~timmung der a~rodyna­
mischen- und Bestandesleitfähigkeiten einesdefinierten Pflanzenbestandes. Zu deren Bestimmungwurde In dieser
Untersuchung der sensible und latente Wärmefluß eines Pflanzenbestandes (Pferdebohne; Vicia faba var, Arista)
gemessen und die aktuelle Evapotranspiration mit Hilfe der Bowenverhältnis-Energiebilanz Methode ermittelt.
AnschließendwirddieBestandesleitfähigkeitunterVerwendungdergemessenenaktuellenEvapotranspirationaus der
Penman-Monteith Formel berechnet. Die Messungen wurden während drei verschiedener Wachstumsphasen der
Pferdebohneam Felddurchgeführt. DieBestandesleitfähigkeitlagin der ersten undletztenMeßperiodejeweilsunter
ca,20 mms-l und 10mm s-l. In der zweitenMeßperiode, der Hauptwachstumsphase, ändertesichdie Bestandes
leitfähigkeitzwischen20 mm s-l und75mm s-l. Die aerodynamischeLeitfähigkeit erreichtein den drei Meßperi
oden 15 mm s-l bis 140 mrn s-l. Das SättigungdefizitderLuft, der Blattflächenindex und der Bodenwassergehalt
warendiewichtigstenheeinflussendenParameterfür dieBestandesleitfähigkeitüberdie ganzeVegetationsperiode (r2
=0.83).
Schlagworte:Agrarmeteorologie, Pferdebohne,Evapotranspiration,Bestandesleitfähigkeit, Bowenverhältnis.
bei limitiertem Wassernachschub (niedriger Bodenwasser durchgeführt (SAYLAN, 1993), wobei hier Ergebnisse am
gehalt)vonderpotentiellenEvapotranspiration,daderVer BeispielderPferdebohnedetailliertvorgestelltwerden. Der
dunstungWiderständeentgegengesetztwerden. Beider im Untersuchungsstandortistrepräsentativfürdas Klimaeines
kleinen Zeitmaßstab häufig verwendeten Penman-Mon großenTeilsdesMarchfeldes, einem intensivackerbaulich
teith Kombinationsgleichung (MONTEITH, 1965) wirdder genutztenGebietim Nordosten Österreichs.
Einfluß desPflanzenbestandes aufdie ETa(bzw. ETr) über
zweiParameter,dieBestandes(gs)-undaerodynamische(g~
Leitfähigkeit,beschrieben. Dabeisteht~ fürden Feuchte 2. Material undMethode
transport von der Pflanzen- und Bodenoberfläche in die
umgebendeLuft,wobeiderjeweiligeAnteilstarkvomBlatt 2.1 Standortund Meßaufbau
flächenindex: und vom Wassergehalt der Bodenoberfläche
(&J
abhängt. Die aerodynamische Leitfähigkeit steht für Der Versuch wurde 1992 im Marchfeld auf Flächen der
den Transport durch die vom Bestand gebildete atmos Versuchsstation der Universität rnr Bodenkultur in Groß
phärischeGrenzschicht.HinsichdichderWichtigkeitdieser EnzersdorfbeiWien mitPferdebohne (Vicia[aha uar:Ari
Parameter für die ETa erfolgten eine Reihe von Untersu sta) durchgeführt. Groß-Enzersdorfliegt 153m überNN,
chungen (z,.. B.]ARVIS, 1976), welche diese Verdunstungs die geographische Breite beträgt 48°12'N, die geographi
widerständezweckseinfachererBestimmungzuUmweltva sche Länge 16°34'E. Der Boden ist tiefgründig und die
riablenund Bestandescharakteristikain Bezugsetzen. BodenartistlehmigerSandbissandig-schluffigerLehm.
Die vorliegende Arbeit .stellt neben einer detaillierten DaslangjährigeKlimazeichnetsichdurchfolgende Cha
AnalysederMeßergebnisseeinenweiterendiesbezüglichen rakteristikaaus (nach MüLLER, 1993):
B.eitragzurß,estimmungderBestandes- und aerodynami Jahresmitteltemperatur(1953-1987): 10.1 -c
schenLeitfähigkeitmitHilfe desBowenVerhältnisses und Mittlerer langjähriger Jahresniederschlag (1953-1987):
der Penman-MonteithKombinationsgleichungdar.. 739mm
Die Untersuchungen wurden in GroB-Enzersdorf bei Por. Evapotranspiration nach Penman (1965-1974):
WienimJahr1992beiPferdebohne,SojabohneundMais 615mm
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Bestimmungderaerodynamischen-undBestandesleitfähigkeiteinesPferdebohnenbestandes
Akt. Evapotranspiration (Lysimeter), (1969-1974): 495 man-MonteithKombinationsgleichungerrechnet,welcher
mm die physiologische(stomatäre) LeitfähigkeitunddenAnteil
Globalstrahlungsumme pro Jahr (1957-1976): 4236 MJ derBodenoberfIächegemeinsam erfaßt.
m-2
Die Pferdebohnenwurden aufeinem quadratisch angeleg 2.2.1 DieBowenverhältnis-Energiebilanzmethode (BREB)
tenVersuchsfeld (50 x 50 m) angebaut undwurden außer
während derMeßperiodennach Bedarfkünstlichberegnet. Die BREB Methode basiertaufden Gradienten der Luft
WährendderdreiMeßperiodeninnerhalbderVegetations temperatur und der Luftfeuchte über Oberflächen. Die
periode der Pferdebohnewurden die notwendigen mikro Energiebilanz der Erdoberfläche besteht aus den vier
klimatischen Parameter mit Hilfe einer automatischen Hauptenergiekomponenten,derStrahlungsbilanz(~),des
Meßstation gemessen, wobei die Meßwertejeder Sekunde Bodenwärmestroms (G), des fühlbaren Wärmestroms (H)
in 15-Minutenmitteln in einem Datenlogger gespeichert und deslatentenWärmestroms (L.E) :
wurden. Die aktuelle ET wurde mit einem vereinfachten
BREB-System nach BERNHOFER et al. (1992) ermittelt. ~ + G +H + L.E=0 (1)
Dabei wurden zwei ventilierte Temperatur-Feuchtefühler
(Psychrometer)in zweiHöheneingesetzt,wobeiderenver BOWEN (1926) verwendetedenAustauschin der bodenna
tikalerAbstandkonstant 0,5 m betrug. Die Höhe derPsy henGrenzschicht, umdasVerhältnisvon HundLEauszu
chrometerfühlerüberBodenkonntewährendderVegetati drücken:
onsperiode jenach Bestandeshöhe manuell verändertwer
den, sodaß der untere Sensorstets knapp über der Bestan ß=..-.!!-:: p.C•.Kh.AT =r AT
(2)
L.E E.L.Ke.~e Ae
desobergrenzeangebrachtwar.DieweiterenEnergiebilanz
komponenten (Strahlungsbilanz, Bodenwärmestrom),
andere meteorologische Parameter (Wind, Niederschlag) wobeißdasBowenverhältnis, T der vertikaleTemperatur
sowiederBodenwassergehaltmittelsGipsblöckeninjeweils gradient, e dervertikale Dampfdruckgradient, p derStati
15cm,30cm,60cm und 100cm Bodentiefewurdeneben onsdruck, C die spezifischeWärmeder Luftbei konstan
p
falls kontinuierlichaufgezeichnet. tem Druck, E. das Verhältnis des Molekulargewichts von
AlleMeßsensoren wurden vor den Messungen im Labor Wasserdampfund trockener Luft (0.622), L die Verdun
geeicht, die Psychrometer auch während der Messungen stungsenthalpie, K und K die turbulentenAustauschko
h e
miteinem Eichgerätkontrolliert. effizienten (K /I<.e=1) und'Yein Beiwert (Näherungswert)
h
Zusätzlich wurden der Blattflächenindex (BFI) mit ist.
einem LAI-2000 Plant CanopyAnalyser der Fa. LI-COR Wenn Gleichung (2) in die Energiebilanzgleichung (1)
undderBodenwassergehalt(BWG) mitder"TimeDomain eingesetztwird, erhältmanGleichung(3). Mitdieser Glei
Reflectornetry" (TOR) Methode in Zeitabständen von chung kann der latente Wärmestrom (Verdunstung) mit
einigenTagengemessen. Hilfe der Strahlungsbilanz (~), des Bodenwärmestroms
(H) unddes Bowenverhältnisses (ß) berechnetwerden.
2.2 Methode (3)
DieBestandesleitfähigkeit(gs) kanndirektmiteinemPoro
meter gemessen (berücksichtigt nur die physiologische Die BREB Methode sowie deren unterschiedlicheMeßsy
LeitfähigkeitohneEinflußder Bodenoberfläche)oderindi stemewurdein etlichenUntersuchungen (z,B.LOURENCE
rektausatmosphärischen,Boden-undPflanzenparametern and PRUIIT, 1968; TANNER, 1960; SINCLAIR et al., 1975;
bestimmtwerden. NIE eral., 1992) mitdirektenMeßmethodenderETunter
In dieserArbeitwurde zunächst die aktuelle Evapotran verschiedenenBedingungenverglichen. Dabeiwurdemeist
spiration mit Hilfe der Bowenverhältnis-Energiebilanz einezufriedenstellendeÜbereinstimmungzu den direkten
Methode (BREB)gemessen.. Schließlichwurde mitdiesem Messungen festgestellt. Das in dieser Untersuchung ver
realenVerdunstungswert ein realer gs...Wert aus der Pen- wendeteBREBSystem(BERNHOFERetal.,1992)wurdevor
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den Messungenmitdemvon GAY(1988)entwickeltenund DieEinflüsseder Strukturdes Pflanzenbestandesaufdie
mittelsLysimetermessungengeeichtenBREBSystemskali RauhigkeitderBestandesoberfläche, die eineFunktiondes
briert. Zwischen beiden Meßsystemen wurde unter Ver Entwicklungszustandes der Pflanzen ist, wirken auf den
wendung der von einem Datenlogger gespeicherten latentenWärmestrom (LE). Aus diesem Grund bildet die
10-Minuten Mittelwerte aus Sekundenmessungen (Meß aerodynamische Leitfähigkeit (ga) einen für den latenten
dauer 3 Tage) eine gute Korrelation gefunden (rl = 0.88, Wärmestrom (LE)wichtigenEinflußfaktor(PERRIERetal.,
cr=11.2). Die ermitteltenAbweichungen derTemperatur 1972).
und der Feuchtewurden dann nach folgender Gleichung Die gahängtvon der Oberflächenrauhigkeit, derWind
berücksichtigt: geschwindigkeit und der atmosphärischen Stabilität ab,
wobei in dieser Untersuchung die semiempirische Formel
13 = r(AT± 0.0324) (4) nachTHOM und OLIVER (1977) (Gleichung6) verwendet
Ae±0.0334 wird, die nur für neutrale Schichtunggilt und den Effekt
derStabilitätunberücksichtigtläßt.
Aus diesem mittleren Meßfehler derimProfil eingesetz
ten Sensoren für Temperatur und Feuchte (vertikaler (0.212(1+0.54u))
Abstand 0.5 m) kann der maximale Meßfehler für ß ga= ~n(z-d)/z.)J (6)
bestimmtwerden.
In dieser Arbeit ist die Richtung der Wärmeströme so
definiert, daß alle Ströme, die zur Umsatzfläche gerichtet wobeizdie HöhederWindmessung,u dieWindgeschwin
sind, alspositivangenommenwurden. digkeit, Zodie Rauhigkeitslänge undd die Nullpunkt-Ver
schiebungshöhe desWindprofilsist.
Die Bestandesleitfähigkeit (gs) ist in der Penman-Mon
2.2.2DiePenman-MonteithKominationsgleichung teithFormel eineweitere wichtigeVariable, um den laten
ten Wärmefluß zu bestimmen und hängt vom Feuchtig
Die Formel nach PENMAN (1948), für die Berechnungder keitszustand der Bodenoberfläche und dem Stomataöff
Evapotranspiration von einer freien Wasseroberfläche nungsgrad der Pflanzen ab. Unter Verwendung der Pen
(ETp) entwickelt, wurde von MONTEITH (1965) unter man-MonteithGleichungkanndiesewichtigeVariableaus
Berücksichtigung der Vegetation weiterentwickelt (Pen demgemessenenlatentenWärmefluß (LE)unddergemes
man-MonteithKombinationsgleichung). Diese Gleichung senen oder bestimmten ga errechnet werden (GAY, 1988;
bildetdie Basisfür die Bestimmungdes Verdunstungspro SAYLANandBERNHOFER, 1993).
zessesimSystemBoden-Atmosphäre-PflanzeunterBerück Die mit der BREB-Methode gemessene aktuelle ET
sichtigung des gesamten Netzwerkes der Leitfähigkeiten wurdewie obenbeschrieben,verwendet,umaus Gleichung
bzw,Widerstände (SCHRÖDTER, 1985). (5) die gszu bestimmen. Diegawurde mitGleichung (6),
DiePenman-MonteithFormellautet: mit d = 0.56 hund zo=0.08 h (nach BALDOCCHI et al..
1983), wobei h die Pflanzenhöhe ist, berechnet. Bei der
BerechnungdergasindmittlerePflanzenhöhenfür die erste
Meßperiode mit 0.1 rn, für die zweite Periode mit 1,25 m
(5) undfür die letztePeriode mit 1,45 m berücksichtigt.
Die 15-min Daten wurden bei der BREB-Analyse auf
Inkonsistenzen getestet (nach OHMURA, 1982) und Peri
oden unsicherer Daten eliminiert, was wegen der hohen
AnforderungenderBowenverhältnismethodean die Meß
genauigkeitund RepräsentativitätderMeßdaten einerseits
wobeisdieSteigungderKurvedesSättigungsdampfdrucks und derlimitierten MeßgenauigkeitderSensorikanderer
beigegebenerLufttemperatur,ydiePsychrometerkonstan seits notwendigist. Dabeiwurdeüberprüft, ob dererrech
te, p die Dichte der Luft, C die spezifischeWärme der nete sensible bzw. latente Wärmestrom dem Temperatur
p
Luft, (es-e) dasSättigungsdefizitderLuft,·gadie aerodyna bzw.Feuchtegradientenauchentgegengesetztist, daeinnur
mischeLeitfähigkeitundg, die Bestandesleitfähigkeitist. kleinerUnterschiedzwischendemTemperatur-undFeuch-
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Bestimmungderaerodynamischen-undBestandesleitfähigkeiteines Pferdebohnenbestandes
tegradienten zu unsicheren Bowenverhältniswerten führt. 3.1 MikroklimatischeParameterundBestandesleit
Ru
Dasistmeist der Fall, wenn dieverfügbare Energie +G fähigkeit
<50W m-2beträgt (STEWARTundGAY, 1988),insbesonde
revorSonnenaufgang und nach Sonnenuntergang. Unter In der ersten Meßperiode (25.April bis 11. Mai) war die
ähnlichenBedingungenkann ßauch gegen -1gehen (Glei Evapotranspirationrelativkonstantundniedrigwobei die
chung (3)ergibtkeinesinnvollenWerte) wodurchdie rele Evaporation den größten Anteil an der Gesamtverdun
vanten Daten unbrauchbar sind. Es wurden zudem auch stungaufwies, da die Pflanzen noch sehr klein waren. Die
jene Perioden ausgeschieden, wo durch vollständige Be Pflanzenhöhe nahm während der Meßperiode von 3 cm
netzung des Pflanzenbestandes durch Niederschlag der auf15 cm zu. DerBlattflächenindex (BFI) erreichte beim
Leitwertunendlich und daher die Steuerung der Verdun 5-Blattstadium einen Wert von 0.2. In dieser Periode
stung durch die Stomata weitgehend ausgeschaltet war schwankte die Tagesmitteltemperatur zwischen ca. 7°C
(reine Interzeptionsverdunstung). Da in den Nacht- und und ca. 22° C (Tabelle 1)und dasSättigungsdefizit (SD)
Dämmerungsstundennormalerweise nurein sehr geringer zwischen 1hpaund 14hpa,wobei heidenacheinemTem
Anteil an der Gesamtverdunstung stattfindet, andererseits peratursturzam 29. April tendenzrnässigwiederanstiegen
aber die erwähnten Unsicherheiten gehäuft auftreten, (Abbildung1).DieWindgeschwindigkeiterreichteca.5m
wurde die gs nur von Tagesstundendaten bei neutraler , s-l imTagesmitteL
Ru,
Schichtung und nur beitrockenemBestandberechnet. DieEnergiebilanzkomponenten LEundH änderten
Während der Meßperioden herrschten unterschiedliche sich jeweilszwischen 35-405, 60-220 und 0-240W m-2
Witterungsbedingungen,welchebei derInterpretationder (Abbildung2).Währenddieser15-tägigenMeßperiodefiel
Ergebnisseeinewichtige Rollespielen. nurwenig Niederschlag (ca, 14mm) und die LEerreichte
Die BREBMessungen bei der Pferdebohne wurden in max. 5mm proTag.Die Gesamtevapotranspirationbetrug
dreiMeßperiodendurchgeführt: 45.6mm.WegendeshohenBodenwassergehaltesstandfür
1.Meßperiode : Zweiblattstadium biszum 5-Blattstadium dasPflanzenwachstumgenügendWasserzurVerfügung.
(25.April bis11.Mai 92) DieBestandesleitfähigkeit(gs) änderte sichindieserPeri
2. Meßperiode : Hülsenfüllungsbeginn bis zur ersten vol odeinnerhalbeinesBereichesbismaximal20 mms-l, zeig
lenHülse(11.Junibis 24.Juni92) te alsosehr geringe Werte. Die aerodynamische Leitfähig
3.Meßperiode :AbgeschlosseneHülsenausbildung biszur keit (ga) schwankte abhängig von der Windgeschwindig
Erntereife (15.Juli bis27.Juli 92) keit (u) zwischen 14mm s-l und 26mm s-l. Abbildung3
zeigtdenVerlaufdieserParameter.
Diezweite Meßperiode (11.Juni bis24Juni) war durch
3. ErgebnisseundDiskussion starkesPflanzenwachstumgeprägt.DerBFIerreichteeinen
Maximumwertvon 4.5.AmAnfangdieserPeriode (in den
IndieserStudiewerdendieErgebnisseaufTagesmittel-und ersten3Tagen)warder BodenaufGrundvon Niederschlä
Tagessummenbasisdargestellt (vgl. Tabelle 1, Abbildung gen (ca,42 mm) noch gut mit Wasserversorgt.An diesen
Ru,
1-3). dreibewölkten undkühlenTagenbewegtensichdie LE,
Tabelle1: Übersichtder gemessenen und ermittelten Parameterder Tagesmittelund derenSchwankungsbereich (MinimalMaxima)währendder
Meßperiodenim Pferdebohnenbestand (PH=Pflanzenhöhe, BFI=Blattflächenindex,T=Tagesmitteltemperatur, SD =Sättigungsdefizit,
u=Windgeschwindigkeit,LE=latenterWärmestrom,~=Strahlungsbilanz,G=Bodenwärmestrom,HesensiblerWärmestrom,&=aero
dynamischeLeitfähigkeit,gs=Bestandesleitfähigkeit).
Table1: Reviewto the measuredandestimaredparametersasdailyaveragesandtheirrange (minima/rnaxima)duringthemeasurementperiodsina
fababeanfield(PH=plantheight,BFI =leafareaindex,T=dailyaveragetemperature,SO =vaporpressuredeficir,u-windspeed,LE=latent
heatflux,~=radiationbalance, G =sollheatflux, H =sensibleheatflux,&=aerodynamicconduetance,&=surfaceconductance).
Meß- PH BFI T SD u LE Rn G H ga gs
periode (m) (OC) (hpa) (rns") (mm) (Wm,"2) (Wm-2) (Wm"2) (mmS·I) (mmS..I)
1 0.1 0.1/0.2 6.8/21.5 1.1/14.4 1.5/4.9 1.1/4.6 37/492 7/-53 -240/25 13.4/26 0/20.1
2 1.25 3.7/4.5 15.5/23.7 1.6/11.8 0.7/5..1 2.9/10.3 232/499 -10/-26 -58/128 46/128 23/67.6
3 1.45 2.4/1.1 19.2/27.0 6.6/23.2 0.6/4.5 0.8/5.1 267/483 -3/-58 -345/-36 53.6/14 0.8/11.2
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SaylanL.und].Eitzinger
SD Werte naturgemäß aufrelativ niedrigem Niveau. Die 500W m-2 und der fühlbare Wärmestrom zeigte wieder
restlichen Tage während dieser Periode waren nieder... einen negativen Energiefluß. In dieser Meßperiode zeigte
schlagsfrei. Aufgrund der Photosynthese bei großer Blatt... sich kein"Oasen" Effektmehr, da aufgrundder geringeren
masse und des damit verbundenen hohen Wasserverbrau... Verdunstung (trockene Bodenoberfläche und niedriger
chesmiteinermaximalenEvapotranspirationvon maximal Blattflächenindex) im Bestand selbst genügend fühlbare
10 mrn d-1nahm der Bodenwassergehalt schnellab (Abbil... Wärme zur Abdeckung des Energiebedarfs der aktuellen
dung 1). Die sehrhoheVerdunstungsmengeweist aufden VerdunstungzurVerfügungstand. Anfangs (bis zu stärke
sehr hohen Wasserbedarf der Pferdebohne und ihre rem Blattabfall ab dem 22. Juli) bewegte sich wegen der
Trockenstreßempfindlichkeit(geringerSchutzgegenexzes... noch relativhohenTranspiration die durchschnittliche LE
siveTranspiration) hin. Ähnliche Ergebnissewurden auch proTag zwischen40 und240W m-2 (0.8-4.5rnm). Diegs
für Sojabohnegefunden (SAYLANundEITZINGER, 1995). (Abbildung3) nahm bis zumEndederMeßperiodewegen
Nach der Niederschlagsperiode nahm die Strahlung zu des abnehmenden BFI und trockenen Bodens von ca.
und die Temperatur, das Sättigungsdefizit und damit die 10 mms-1 aufca. 0.8 mms-l ab. DerNiederschlag, dernur
Evapotranspiration stiegen an. Nach kurzerZeit tratauch kurze Zeitfiel, beeinflusstegskaum, daer durch Interzep
der sogenannte "Oasen" Effekt (der Energieanspruch der tion schnell wieder verdunstete. Andererseits änderte sich
aktuellen Verdunstung übersteigt die verfügbare Energie die gawegen derhöherenWindgeschwindigkeitin diesem
aus der Strahlungsbilanz wodurch der fühlbare Wärme Zeitraumzwischen 50 rnm s-1 und 140 mms'.
strompositivwird,d. h.zum Erdbodengerichtetistundso Bei Betrachtung aller drei Meßperioden erkennt man,
der kühleren Oberfläche fühlbare Wärme aus der überla daß die Bestandesleitfähigkeit in der zweiten Periode
gerten, wärmeren Luft direkt zugeführt wird) in Erschei wegen des großen Blattflächenindex um ein vielfaches
nung (Abbildung 2), wobei das Bowenverhältnis einen größer war als während der anderen Perioden. Unter die
negativenWertannimmt. sen Bedingungen beträgt der Anteil derTranspiration an
Die Bestandesleitfähigkeit(gs) variiertewegender großen der Evapotranspiration selbst bei nasser Bodenoberfläche
Blattmasse und deswegen großer Transpirationskapazität (und damit der Anteil der physiologischen Komponente
starkundzeigtegroßeWerte(Abbildung3).Siebewegtesich an der gs) über 95 % GONES, 1983). In der letzten Meß
in Abhängigkeit zu den Wittemngsbedingungen zwischen periode zeigte sich die kleinste gs' weil die Blätter zum
20 mrn s-l und 70 mm s-l,wobeiam Anfangder Meßperi... großenTeil abgefallenwaren, nur mehr geringeAssimila
ode der Einfluß feuchter Oberflächen (Niederschlag) und tion stattfand und dieBodenoberflächeabgetrocknetwar.
später das steigendeSD alsbestimmendeFaktoren wirkten. In der ersten Meßperiode dagegen lag die Bestandesleit
Wegen der großen Bestandeshöhewies ~ in dieserWachs... fähigkeit trotzdes noch niedrigeren BFI etwas höher, was
tumsphase größereWerteaufalsin der ersten Meßperiode. aufdengroßenAnteildes Bodensan dergsunddenhöhe
Sie ändertesichzwischen45 mms-1 und130 mm s-l. ren Bodenwassergehalt zurückgeführt werden kann. An
Die dritte Meßperiode (15.Juli bis 27. Juli) fiel in eine Tagen mit feuchter Bodenoberfläche variierte die gs in
ausgesprochentrockeneundheißeWitterungsphase,wobei Abhängigkeit von der Interzeption und der Evaporation
die Pflanzen in Wasserstreß gerieten (Abbildung 1). Auf 'zwischen30 und60 mrns-l.
GrunddergroßenHitzeunddesdaraus resultierendenWas... Die aerodynamische Leitfähigkeit wies in Abhängigkeit
sermangelserfolgteeineüberaus schnelleAbtrocknungund von der Windgeschwindigkeit und der Bestandeshöhe in
beschleunigte Abreife der Pflanzen. In dieser Periode sank derletztenPeriodediegrößtenundindererstenPeriodedie
derBFIwegendesBiattabfallsvon2.3aufca.1.DerNieder kleinsten Werte auf Sie schwankte in Abhängigkeit vom
schlag betrug nur27 mman zweiTagen. An den anderen Wind während der Messungen zwischen 15 mm s-1 und
TagenwardasWetterklar, sonnig, warmundsehrtrocken. 140mms-l.
IndieserPeriodestiegdasSDbisauf23hpa.DieTagesmit Während aller Meßperioden variierte die Strahlungs
teltemperaturschwanktezwischen 19°Cund27° C. bilanz an Tagen ohne Niederschlag zwischen ca. 200 und
Durch den Blattabfallnahm der Bodenwärmestrom (G) 500W m-2undanTagenmitNiederschlagzwischenca. 35
deutlichzu.. DieLEsankin dieser Zeitgegenüberdervor und270 W m-2•DieLEbetruganTagenmitNiederschlag
hergehenden Periode starkab.Abbildung2 zeigt den Ver zwischen 60 und 230 W m-2 und an Tagen ohne Nieder
laufderLE undderanderenEnergiebiIanzkomponentenin schlag zwischen 100· und 490 W m-2 (Tagesmittel), was
Ru·
dieser Periode. schwankte zwischen 260·W· m-2 und maximalca.. 10 mrnET entspricht(Tabelle 1).
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o
ö'
GemesseneTagesmittelwerte
t:O
o
t
[ -e-Lufttemperaturin2m (1),(oe) ---Windgesch\vindigkeitin 2m (u), (mls)
g -Sättigungsdefizit(SD),(hpa) --Ir-Bodenwassergehaltin 15cmBodentiefe(BWG15),(Vol.0/0)
----Blattflächenindex(BFl)
I I
11. Periode 12. Periode I 13. Periode tx1
~
~.
-4
25 §
--- 3.5
=:
20 3
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25.April -11.Mai(16Tage) 11.Juni-24.Juni(14Tage) 15.Juli-27.Juli(12Tage) ~
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\.0 Abbildung1: Verlaufvon atmosphärischen,Boden-undPflanzenparameterwährendderdreiMeßperiodenbeiPferdebohne
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Figure1: Thevariationofatmospheric,soil-and plantparametersduringthethreemeasuringperiodswith fababean
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np.I!. GemesseneTagesmittelwerte
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\\00 Abbildung2: VerlaufderEnergiebilanzkomponentenwährendderdreiMeßperiodenvonPferdebohne
00 Figure2: Thevariationoftheenergybalancecomponentsduringthe threemeasuringperiodswith fababean
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t:O ErrechneteTagesmittelwerte
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25.April-11.Mai (16Tage) 11.Juni-24.Juni(14Tage) 15.Juli-27.Juli(12Tage) a
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00 Figure3: Thevariationofaerodynamic(fk)-and surfaceconduetances(&) duringthe three measuringperiods with fababean
SaylanL.undJ.Eitzinger
AusderDefinitiondergsist klar,daß biologischeEffek keit,ZurBestimmungderBestandesleitfähigkeitausdiesen
te- wiederStomatazustand- sichaufgsnurbeitrockenem Parametern ergibt sich folgender Zusammenhang, gültig
Bestand und in Abhängigkeit vom Blattflächenindex über für alle drei Meßperioden bei der Pferdebohne an diesem
die Transpiration auswirken können. Bei sehr nasser Standort:
Bestandes-und Bodenoberfläche dominiertdieEvaporati
onwobeigssehr großeWerte annehmenkann. gs(mms-l)=-19.8 - 0.7*SD(hpa) + 1.3*BWG15
(%-Vol.) + 11.6*BFI (7)
3.2 BeeinflussendeParameterderBestandesleitf'ähig In der ersten Meßperiode zeigten die beiden Faktoren
keit Tagesmitteltemperatur und Blattflächenindexwegen ihres
großenEinflußes aufdieTranspirationundwegendesnoch
IndenletztenDekadenwurdenvieleStudiendurchgeführt, hohenBodenwassergehaltesmit86 %diebeste Korrelation
umeinebesserepraktikableAnwendungderPenman-Mon zugs(0 = 5.9).
teithKombinationsgleichungdurch eine effizienteErmitt Aufgrund der großen Wachstumsaktivität (Transpira
lung der aerodynamischen und Bestandeswiderstände aus tion) und hoher Stomataaktivität sowie voller Bodenbe
den beeinflussenden Umweltfaktoren zu erreichen (z. B. deckungweist in der zweitenMeßperiode das Sättigungs
JARVIS etal.,1981;JARVIS, 1976;TURNER, 1991; BERNHO defizit der Luft und die Strahlungsbilanz (Einfluß aufdie
FERundGAY, 1990). DerartigeBeziehungenwurdenunter Photosyntheseaktivität) die beste Korrelation zu gs (r2 =
verschiedenen Klimabedingungen und bei verschiedenen 0.70, 0 =5.2) auf:
Pflanzenarten aus Funktionen von atmosphärischen, Bo Inder dritten Meßperiode läßt sich die Beziehungzum
den- undPflanzenparametern bestimmt. MancheAutoren Sättigungsdefizit der Luft und dem oberflächennahen
berechnetendiegsfürSojabohnezumBeispielausderTem Bodenwassergehalt (15 cmBodentiefe) mit 91 % erklären
peratur, derrelativenLuftfeuchte undder CO -Konzentra (0 = 1.2). Da der Bodenwassergehalt in dieser Zeit ein
2
tion (COLLATZ et al., 1991). Andere wieder verwendeten wesentlicher und begrenzender Faktor für die Transpirati
nur die atmosphärischen Parameter Globalstrahlung und onsfähigkeitder Pferdebohnewar und dasSD selbst auch
Sättigungsdefizit (DENMEAD und MILIAR, 1976; SHERIFF, die Stomataöffnung beeinflußt QONES, 1983), haben die
1977; BERKOWITZ und PRAHM, 1982; CHOUDHARY und beiden Faktorenden größtenEinflußaufgs.
MONTEITH,1986; STEWARTundGAY1988).ImGegensatz Ähnliche Resultate mit geringfügigen Abweichungen
dazuverwendetenWAGGONERundREIFSNYDER(1968) nur bezüglich der 3 Meßperioden zeigten auch die Messungen
Bodenparameter (den Bodenwassergehalt und die Boden bei Sojabohne, da dieseein vergleichbaresTranspirations
dichte) zurBestimmungdergsbeiMais. CHOUDHARYund verhaltenzurPferdebohne aufweist (SAYLANand BERNHO
Inso (1985) betonten diewichtige Rolle atmosphärischer FER, 1993; SAYLAN undEITZINGER, 1995).
undPflanzenparametersowiedesBlattwasserpotentialsfür
dieStomataregulierung.
In dervorliegenden Arbeit wurde zwischen der Bestan 4. Schlußfolgerungen
desleitfähigkeit und den gemessenen mikroklimatischen
Parameternübereine Multiregressionsanalyse einestatisti Die Verwendung der Penman-Monteith Gleichung zur
scheBeziehunghergestellt.DieseBeziehungensindnurfür Berechnung der aktuellen Evapotranspiration stellt hohe
diegegebenenspezifischenBedingungen(Pflanzenbestand, Anforderungen an die Datenbasis und die Parametrisie
Witterung,Wasserversorgung)gültig, da siewesentlichda rung.BesondersdieBestimmungderBestandesleitfähigkeit
von abhängen, welcheFaktorenimuntersuchtenZeitraum (gs) und der aerodynamischen Leitfähigkeit (ga)' ein
inwelchem.AusmaßsensitiveSchwellwertbereicheerreich wesentlicherBestandteil derFormel, istschwierigundauf
ten (BURMAN and POCHOP, 1994). Sie können aber als wendig. DieAlternative ist,brauchbareWerteaus derLite
Richtwerte für ähnliche Bedingungen herangezogen wer ratur oder vereinfachte (meist empirische) Algorithmen
den. oderstatistischeVerfahrenzuverwenden,wasjedochgroße
Für alle drei Meßperioden zusammen ergab sich mit Unsicherheitenin sichbergenkann.
83 %Beziehungsanteil (0 =9.8) diebesteKorrelationmit Aus diesem GrundsolltenbeihohenGenauigkeitsanfor
sn
demBFI, demBWG15unddes zurBestandesleitfähig- derungen physikalischrealistischeundeffektive Methoden
Die Bodenkultur 106
49 (2) 1998