te downloaden - Nederlandse Hydrologische Vereniging

te downloaden - Nederlandse Hydrologische Vereniging te downloaden - Nederlandse Hydrologische Vereniging

10.07.2015 Views

( h , h )1 1α m o = ⎡p1 ⎤ ⎡p2⎤( hm hm,50 ) ( ho ho,50)⎢1 +⎥ ⎢1 +⎣ ⎦ ⎣ ⎥⎦waarin h m,50 de drukhoogte in de bodemmatrix waarbij α(h m) = 0.5, ofwel de drukhoogtewaarbij de waarbij de wateropname met 50% gereduceerd wordt (bij verwaarloosbareosmotische stress). Zo geeft h o,50 de osmotische druk waarbij de wateropname met 50%gereduceerd wordt (bij verwaarloosbare droogtestress).(0.13)De benadering van Van Genuchten (1987), of variaties daarop (Homaee et al., 2002), geeft, integenstelling tot die van Feddes et al. (1978), geen reductie van wateropname doorzuurstofstress. Echter, ook in de Feddes-functie zijn de drukhoogtes waarbij natschade beginten in welke mate deze optreedt, experimenteel niet goed onderbouwd. Het concept houdtgeen rekening met het adaptief vermogen van de plant om het onttrekkingspatroon tevariëren. Ook wordt geen rekening gehouden met de factor tijd: het duurt in werkelijkheidenige tijd totdat zuurstofgebrek optreedt; tijdens een percolatiegolf zal dit nog niet direct hetgeval zijn. In een rekenmodel worden de tekortkomingen van het concept eerder uitvergrootdan gecorrigeerd: door de te snelle reductie van de gewasopname ontstaat eenterugkoppeling die zichzelf versterkt.Normaal gesproken verkrijgen plantenwortels voldoende zuurstof voor hun respiratie(ademhaling) direct uit de luchtgevulde poriën in de bodem. Echter, als de bodem te natwordt, wordt lucht in de bodemporiën vervangen door water. Hierdoor wordt debeschikbaarheid van zuurstof limiterend voor wortelrespiratie. Planten respireren om energievoor groei en onderhoud te verkrijgen. Een tekort aan zuurstof belemmert dus deenergievoorziening voor het in stand houden van het metabolisme van de plant. Plantenlijden dan aan zuurstofstress. Een ernstige tekortkoming van een relatie voor zuurstofstresszoals gegeven in Figuur 7a is dat deze niet temperatuur- en bodemafhankelijk is. Of plantenzuurstofstress ondervinden hangt namelijk niet alleen af van het gehalte aan luchtgevuldeporiën in de bodem, maar is ook sterk temperatuurafhankelijk. Planten verbruiken namelijkmeer zuurstof als het warm is. Een model dat de effecten van bodem, organische stof,temperatuur en vochtgehalte op zuurstofstress van planten kan berekenen, en deze vertaaltnaar transpiratiereductie, is beschreven door Bartholomeus et al. (2008).Ook een hoog zoutgehalte van het bodemvocht kan watertekort veroorzaken, doordat dehoge osmotische potentiaal van het bodemvocht voorkomt dat voldoende water naar dewortels kan stromen (Feddes en Lenselink, 1994). Osmotische stress wordt verkregen dooreen zoutstress-functie, ook met waardes tussen 0 en 1. Een voorbeeld van een osmotischestress-respons functie α(EC) is gegeven in Figuur 8.Figuur 8: Schematisatie van de zoutstress-reductie-functie, α(EC), naar (Maas en Hoffman,1977) (uit Šimůnek et al. (2005)).Actuele verdamping in hydrologische modellen; CONCEPT, TBV Review 2013Bartholomeus, Heijkers, Droogers, Van Dam, Van Walsum14

MechanistischAan de basis van een mechanistische benadering voor droogtestress ligt een beschrijving voorwaterstroming in planten volgens Van den Honert (1948), waarin aangenomen wordt dat devolumetrische waterflux E t door de wortels evenredig is met het verschil in drukhoogtetussen de bodemmatrix en het xyleem (vaten in het plantenweefsel die zorgen voor hettransport van water) (h m- h x), en omgekeerd evenredig met de weerstand van de bodem enwortels voor waterstroming (r m + r x); (Figuur 9):Eth=rmm− h+ rxx(0.14)Figuur 9: Weerstanden and potentialen in de simulatie van wateropname door planten (uitVerburg et al. (1996)).Deze vergelijking bevat alleen weerstanden voor de stroming van water in de bodem en deplant. De weerstand voor de diffusie van water naar de lucht (de stomatale weerstand), degrootste weerstand in het ‘soil-plant-atmosphere-continuum’ (SPAC), is dan ook nietopgenomen in deze vergelijking. Dat kan alleen als de potentiële transpiratie bekend is uit deatmosferische vraag. Deze methode wordt bijvoorbeeld toegepast in het model SWIM (SoilWater Infiltration and Movement) (Verburg et al., 1996) en FUSSIM2 (Heinen, 2001).Potentiële verdamping is invoer voor deze modellen en de stomatale en aerodynamischeweerstand voor transpiratie worden niet expliciet gesimuleerd. Aangenomen wordt dat devraag naar water kan worden beschreven door de potentiaal in het xyleem, h x, en dat effectenvan stomatale en aerodynamische weerstand op de wateropname verwerkt zitten in deopgegeven potentiële verdamping.Om de wateropname van elk bodemcompartiment te berekenen worden eerst van elkcompartiment de bodem- en wortelweerstanden berekend, waarna de drukhoogte van hetxyleem wordt berekend uit de potentiële transpiratie. De bodemweerstand wordt berekenduit een stationaire radiale stroming naar de wortels; de wortelweerstand hangt af van eenweerstand per eenheid wortellengte en de worteldichtheid van elk compartiment (Hopmansen Bristow, 2002; Verburg et al., 1996). Vervolgens wordt voor elk bodemcompartiment deactuele wateropname door de wortels berekend. Door deze actuele wateropname teintegreren over de hele wortelzone wordt de actuele transpiratie berekend. Voor eengedetailleerde verhandeling verwijzen naar Verburg et al. (1996).Gereduceerde wateropname door zuurstofstress is in deze benadering niet opgenomen.Osmotische stress kan in deze benadering meegenomen worden door een osmotische termtoe te voegen in de berekening van h x.Het voordeel van deze benadering is dat die mechanistisch is en eveneens waardes geeft vandrukhoogte in de plant. Bovendien maakt deze mechanistische benadering compensatie vandroogtestress in de ene bodemlaag door een hogere wateropname uit een andere bodemlaagzonder stress mogelijk.Actuele verdamping in hydrologische modellen; CONCEPT, TBV Review 2013Bartholomeus, Heijkers, Droogers, Van Dam, Van Walsum15

( h , h )1 1α m o = ⎡p1 ⎤ ⎡p2⎤( hm hm,50 ) ( ho ho,50)⎢1 +⎥ ⎢1 +⎣ ⎦ ⎣ ⎥⎦waarin h m,50 de drukhoog<strong>te</strong> in de bodemmatrix waarbij α(h m) = 0.5, ofwel de drukhoog<strong>te</strong>waarbij de waarbij de wa<strong>te</strong>ropname met 50% gereduceerd wordt (bij verwaarloosbareosmotische stress). Zo geeft h o,50 de osmotische druk waarbij de wa<strong>te</strong>ropname met 50%gereduceerd wordt (bij verwaarloosbare droog<strong>te</strong>stress).(0.13)De benadering van Van Genuch<strong>te</strong>n (1987), of variaties daarop (Homaee et al., 2002), geeft, in<strong>te</strong>gens<strong>te</strong>lling tot die van Feddes et al. (1978), geen reductie van wa<strong>te</strong>ropname doorzuurstofstress. Ech<strong>te</strong>r, ook in de Feddes-functie zijn de drukhoog<strong>te</strong>s waarbij natschade begin<strong>te</strong>n in welke ma<strong>te</strong> deze optreedt, experimen<strong>te</strong>el niet goed onderbouwd. Het concept houdtgeen rekening met het adaptief vermogen van de plant om het onttrekkingspatroon <strong>te</strong>variëren. Ook wordt geen rekening gehouden met de factor tijd: het duurt in werkelijkheidenige tijd totdat zuurstofgebrek optreedt; tijdens een percolatiegolf zal dit nog niet direct hetgeval zijn. In een rekenmodel worden de <strong>te</strong>kortkomingen van het concept eerder uitvergrootdan gecorrigeerd: door de <strong>te</strong> snelle reductie van de gewasopname ontstaat een<strong>te</strong>rugkoppeling die zichzelf vers<strong>te</strong>rkt.Normaal gesproken verkrijgen plan<strong>te</strong>nwor<strong>te</strong>ls voldoende zuurstof voor hun respiratie(ademhaling) direct uit de luchtgevulde poriën in de bodem. Ech<strong>te</strong>r, als de bodem <strong>te</strong> natwordt, wordt lucht in de bodemporiën vervangen door wa<strong>te</strong>r. Hierdoor wordt debeschikbaarheid van zuurstof limi<strong>te</strong>rend voor wor<strong>te</strong>lrespiratie. Plan<strong>te</strong>n respireren om energievoor groei en onderhoud <strong>te</strong> verkrijgen. Een <strong>te</strong>kort aan zuurstof belemmert dus deenergievoorziening voor het in stand houden van het metabolisme van de plant. Plan<strong>te</strong>nlijden dan aan zuurstofstress. Een ernstige <strong>te</strong>kortkoming van een relatie voor zuurstofstresszoals gegeven in Figuur 7a is dat deze niet <strong>te</strong>mperatuur- en bodemafhankelijk is. Of plan<strong>te</strong>nzuurstofstress ondervinden hangt namelijk niet alleen af van het gehal<strong>te</strong> aan luchtgevuldeporiën in de bodem, maar is ook s<strong>te</strong>rk <strong>te</strong>mperatuurafhankelijk. Plan<strong>te</strong>n verbruiken namelijkmeer zuurstof als het warm is. Een model dat de effec<strong>te</strong>n van bodem, organische stof,<strong>te</strong>mperatuur en vochtgehal<strong>te</strong> op zuurstofstress van plan<strong>te</strong>n kan berekenen, en deze vertaaltnaar transpiratiereductie, is beschreven door Bartholomeus et al. (2008).Ook een hoog zoutgehal<strong>te</strong> van het bodemvocht kan wa<strong>te</strong>r<strong>te</strong>kort veroorzaken, doordat dehoge osmotische po<strong>te</strong>ntiaal van het bodemvocht voorkomt dat voldoende wa<strong>te</strong>r naar dewor<strong>te</strong>ls kan stromen (Feddes en Lenselink, 1994). Osmotische stress wordt verkregen dooreen zoutstress-functie, ook met waardes tussen 0 en 1. Een voorbeeld van een osmotischestress-respons functie α(EC) is gegeven in Figuur 8.Figuur 8: Schematisatie van de zoutstress-reductie-functie, α(EC), naar (Maas en Hoffman,1977) (uit Šimůnek et al. (2005)).Actuele verdamping in hydrologische modellen; CONCEPT, TBV Review 2013Bartholomeus, Heijkers, Droogers, Van Dam, Van Walsum14

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!