Η Μικτή Πρωτογενής Παραγωγικότητα (GPP, Gross Primary Productivity) θεωρείται βασική παράμετρος στη μελέτη του ισοζυγίου άνθρακα μεταξύ ατμόσφαιρας και βιόσφαιρας. Μεγάλης κλίμακας εκτιμήσεις της GPP μπορούν να πραγματοποιηθούν με δύο τρόπους:

1. Με απευθείας μετρήσεις με τη χρήση της μεθόδου eddy covariance (Baldocchi, 2003).

2. Μέσω ανάπτυξης μαθηματικών μοντέλων (Verbeeck et al., 2006).

Ενώ η μέθοδος eddy covariance θεωρείται ως η μόνη μέθοδος απευθείας μέτρησης των ροών του CO2 σε επίπεδο οικοσυστήματος, περιορίζεται ισχυρά από τη χωρική εφαρμογή της και, επιπλεόν, έχει αυξημένο κόστος. Από την άλλη, τα μοντέλα αποτελούν μια προσιτή μέθοδο κλιμάκωσης των διεργασιών από το φύλλο στον θόλο και τελικά στο οικοσύστημα. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των μοντέλων είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για την εκτίμηση παρελθόντων ροών των οικοσυστημάτων, αλλά και για την πρόβλεψη της πιθανής μελλοντικής τους λειτουργίας στο πλαίσιο των κλιματικών αλλαγών.

Στο Εργαστήριο Βοτανικής έχει αναπτυχθεί ένα μοντέλο φωτοσύνθεσης θόλου, το οποίο αποτελείται από ένα εμπειρικό μοντέλο φωτοσύνθεσης φύλλου, βασισμένο σε μια τροποποιημένη non-rectangular hyperbola (Markos & Kyparissis, 2011) και ένα πολυστρωματικό μοντέλο θόλου (Leuning et al., 1995). Το μοντέλο χρησιμοποεί σαν δεδομένα εισόδου απλές οικοφυσιολογικές παραμέτρους που μετρώνται στο πεδίο με βασικό εξοπλισμό (π.χ. Amax, LAI, Εικόνα 1), όπως επίσης μετεωρολογικές παραμέτρους (PAR, θερμοκρασία, Εικόνα 2) και υπολογίζει τη ροή άνθρακα από το θόλο σε προκαθορισμένο βήμα 5 λεπτών, ολοκληρώνοντας στη συνέχεια στο επιθυμητό χρονικό βήμα (π.χ. ημερήσιο). Το μοντέλο έχει αναπτυχθεί σε περιβάλλον Simile Visual Modeling Environment (Simulistics, Ltd.) και έχει ονομαστεί MANTIS. Εκτός από την Πρωτογενή Παραγωγικότητα (Σχήμα 1), το μοντέλο υπολογίζει την φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία που απορροφάται από το θόλο (APAR), την αποδοτικότητα του θόλου (LUE, Light Use Efficiency) και τη συνολική διαπνοή του θόλου.

Photo1 350

Εικόνα 1. Μέτρηση φωτοσύνθεσης σε Quercus frainetto στο πεδίο.

Photo2 350

Photo 2. Εγκατάσταση μετεωρολογικού σταθμού.

 GPP 700

Σχήμα 1. Εποχιακή διακύμανση της μικτής πρωτογενούς παραγωγικότητας (GPP, υπολογισμένης μέσω του μοντέλου MANTIS) για ένα δάσος Fagus sylvatica (a) και τα αντίστοιχα μετεωρολογικά (b, c) και φυσιολογικά (d, e) δεδομένα που χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο μοντέλο. (b) ημερήσια Φωτοσυνθετικά Ενεργή Ακτινοβολία, PARd, (c) ημερήσια θερμοκρασία, Td, (d) μέγιστη φωτοσύνθεση φύλλου, Amax, (e) Δείκτης Φυλλικής Επιφάνειας, LAI.

 

Αναφορές

  • Baldocchi, D. D. (2003). Assessing the eddy covariance technique for evaluating carbon dioxide exchange rates of ecosystems : past , present and future. Global Change Biology, (October 2002), 479–492.
  • Leuning, R., Kelliher, F. M., De Pury, D. G. G., & Schulze, E.-D. (1995). Leaf nitrogen, photosynthesis, conductance and transpiration: scaling from leaves to canopies. Plant, Cell and Environment, 18(10), 1183–1200.
  • Markos, N., & Kyparissis, A. (2011). Ecophysiological modelling of leaf level photosynthetic performance for three Mediterranean species with different growth forms. Functional Plant Biology, 38(4), 314–326.
  • Verbeeck, H., Samson, R., Verdonck, F., & Lemeur, R. (2006). Parameter sensitivity and uncertainty of the forest carbon flux model FORUG: a Monte Carlo analysis. Tree physiology, 26(6), 807–17.