Wybrane aspekty badania długoterminowych cykli zmian zapasu wody glebowej w drzewostanach jednowiekowych oraz interpretacji ich wyników

Transkrypt

1 Prof. dr hab. inż. Józef Suliński, dr inż. Rafał Starzak Zakład Inżynierii Leśnej, Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych, Wydział Leśny Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wybrane aspekty badania długoterminowych cykli zmian zapasu wody glebowej w drzewostanach jednowiekowych oraz interpretacji ich wyników 1. Wprowadzenie 2. Istota badania bilansu wodnego ekosystemów leśnych z wykorzystaniem równań opisujących zmiany zapasu wody glebowej 3. Wybrane przesłanki przyrodnicze służące do konstrukcji równań bilansu wodnego atmosferadrzewostan-gleba 4. Niektóre aspekty dynamiki uwilgotnienia siedlisk leśnych w skali faz rozwojowych drzewostanu w świetle analizy równań bilansowych atmosfera-drzewostan-gleba 1

2 1. Wprowadzenie 2

3 cykle dobowe cykle sezonowe cykle w skali faz rozwojowych drzewostanu Przedmiotem referatu są cykle zmian zapasu wody glebowej zachodzące w skali faz rozwojowych drzewostanów zagospodarowanych sposobem zrębowym. Celem jest przedstawienie wskazań metodycznych badania tych cykli oraz ich znaczenia dla kształtowania się uwilgotnienia siedlisk leśnych oraz odpływu wody z lasu. 3

4 Zmiany zapasu wody glebowej w skali faz rozwojowych drzewostanów 2 3 Zmiany zapasu wody w strefie saturacji głębokości średnie zwierciadła wody gruntowej drzewostany sosnowe (1) Puszcza Niepołomicka, (2) Lasy Wierzchosławickie, (3) łącznie Zmiany zapasu wody w strefie saturacji i aeracji Puszcza Niepołomicka drzewostany sosnowe Zmiany zapasu wody w strefie aeracji Beskid Sądecki drzewostany świerkowe 4

5 2. Istota badania bilansu wodnego ekosystemów leśnych z wykorzystaniem równań opisujących zmiany zapasu wody glebowej 5

6

7 cykle dobowe cykle sezonowe cykle w skali faz rozwojowych drzewostanu 7

8 Przykłady wyznaczania faz zasilania i ubytków zapasu wody glebowej na krzywej zapasu wody glebowej na krzywej limnigraficznejswobodnego zwierciadła wody gruntowej

9 3. Wybrane przesłanki przyrodnicze służące do konstrukcji równań bilansu wodnego atmosfera-drzewostan-gleba 9

10 Ogólne równania bilansu wodnego atmosfera-drzewostan-gleba

11 Gęstość objętościowa biomasy w drzewostanie 5 Zuogólnionej koncepcji Sucheckiego (1953) można wyprowadzić tezę, według której gęstość objętościowa biomasy w warstwie koron i pni jest niezależna od fazy rozwojowej drzewostanu równowiekowego (Suliński 1997). 11

12 Intercepcja jako proces napełniania nieszczelnego zbiornika Schemat intercepcji roślin i ściółki jako procesu napełniania nieszczelnego zbiornika Intercepcja potencjalna = maksymalna ilość wody jaka może się zatrzymać na powierzchni roślin lub w ściółce Intercepcja aktualna = rzeczywista ilość wody jaka znajduje się na powierzchni roślin po opadzie deszczu lub w ściółce (intercepcja potencjalna funkcja natężenia i czasu trwania deszczu) Ogólny wzór opisujący intercepcję drzew runa ściółki (uogólnienie koncepcji Czarnowskiego) człon opisujący pojemność zbiornika intercepcji człon opisujący charakterystykę deszczu i d o ( α s ) ( γ 1 e e t ) = β Fi 1 i d intercepcja rzeczywista pojedynczego opadu deszczu; F wskaźnik powierzchni roślin lub masy ściółki; i o współczynnik intercepcji początkowej; s natężenie opadu deszczu; t czas trwania opadu deszczu; α, β, γ współczynniki do wyliczania w procesie identyfikacji wzoru;

13 Przykładowe równanie opisujące zróżnicowanie przyrostów zapasu wody w strefie saturacji Lasy Wierzchosławickie; środkowopolski i bałtycki stożek napływowy Dunajca; 13 piezometrów w drzewostanach sosnowych Pojemność wodna w strefie aeracji Opad Intercepcja potencjalna roślin Intercepcja potencjalna ściółki Współczynnik skuteczności deszczu Z sp przyrost zapasu wody w strefie saturacji w fazie zasilania [mm]; P p suma opadu nad koronami drzew [mm]; h rp głębokość zwierciadła wody gruntowej na koniec fazy zasilania zredukowana współczynnikiem odsączalności grawitacyjnej [mm]; Q miernik produkcyjności siedliska; L s s. masa ściółki na jednostce powierzchni [g cm -2 ]; α, β, γ, δ współczynniki wyliczane w procesie identyfikacji wzoru.

14 Oddziaływanie drzewostanu na parowanie wody z powierzchni gleby Współczynnik odsłonięcia gleby Parowanie z powierzchni gleby pod drzewostanem E g w stosunku do parowania z nagiej gleby E gmax Σd-suma pierśnic wszystkich drzew [10-2 m/ha]; H-wysokość drzewostanu głównego [m]; N c -liczba wszystkich drzew [10-3 szt./ha] Eg = E g max ( 4Wo 1 e ) dla E gmax = 1 E gmax =1

15

16 4. Niektóre aspekty dynamiki uwilgotnienia siedlisk leśnych w skali faz rozwojowych drzewostanu w świetle analizy równań bilansowych atmosfera-drzewostan-gleba 16

17 najwyższe parowanie z powierzchni gleby Współczynnik parowania E g z powierzchni gleby pod drzewostanem w stosunku do nagiej gleby E g wiek drzewostanu 17

18

19 Cykle dobowe Cykle sezonowe Stan normalnej stabilności zapasu wody w glebie wahania w skali dobowej i sezonowej Stan destabilizacji zapasu wody w glebie wahania w skali faz rozwojowych drzewostanu Cykle w skali faz rozwojowych drzewostanu 19