Biofísica del transporte de agua en el sistema suelo-planta
En el presente trabajo se investigaron mecanismos y procesos biofísicos y fisiológicos que regulan el transporte de agua a través del continuo suelo-planta-atmósfera en sabanas del planalto Brasilero (Cerrado). Se evaluó la existencia, la magnitud y las posibles consecuencias de la redistribución hi...
Guardado en:
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| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2006
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3951_Scholz |
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CAPACITANCIA DENDROMETROS FLUJO DE AGUA NO SATURADO FLUJO REVERSO METODO DE PULSOS DE CALOR POTENCIAL HIDRICO SABANAS NEOTROPICALES REDISTRIBUCION HIDRAULICA RESERVORIOS INTERNOS DE AGUA RESISTENCIAS HIDRAULICAS CAPACITANCE DENDROMETERS HEAT PULSE METHODS HYDRAULIC REDISTRIBUTION ISOTOPIC TECHNIQUES NEOTROPICAL SAVANNAS REVERSE FLOW SOIL-ROOTS RESISTANCES WATER POTENTIAL UNSATURATED WATER FLOW WATER STORAGE |
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CAPACITANCIA DENDROMETROS FLUJO DE AGUA NO SATURADO FLUJO REVERSO METODO DE PULSOS DE CALOR POTENCIAL HIDRICO SABANAS NEOTROPICALES REDISTRIBUCION HIDRAULICA RESERVORIOS INTERNOS DE AGUA RESISTENCIAS HIDRAULICAS CAPACITANCE DENDROMETERS HEAT PULSE METHODS HYDRAULIC REDISTRIBUTION ISOTOPIC TECHNIQUES NEOTROPICAL SAVANNAS REVERSE FLOW SOIL-ROOTS RESISTANCES WATER POTENTIAL UNSATURATED WATER FLOW WATER STORAGE Scholz, Fabián Gustavo Biofísica del transporte de agua en el sistema suelo-planta |
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CAPACITANCIA DENDROMETROS FLUJO DE AGUA NO SATURADO FLUJO REVERSO METODO DE PULSOS DE CALOR POTENCIAL HIDRICO SABANAS NEOTROPICALES REDISTRIBUCION HIDRAULICA RESERVORIOS INTERNOS DE AGUA RESISTENCIAS HIDRAULICAS CAPACITANCE DENDROMETERS HEAT PULSE METHODS HYDRAULIC REDISTRIBUTION ISOTOPIC TECHNIQUES NEOTROPICAL SAVANNAS REVERSE FLOW SOIL-ROOTS RESISTANCES WATER POTENTIAL UNSATURATED WATER FLOW WATER STORAGE |
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En el presente trabajo se investigaron mecanismos y procesos biofísicos y fisiológicos que regulan el transporte de agua a través del continuo suelo-planta-atmósfera en sabanas del planalto Brasilero (Cerrado). Se evaluó la existencia, la magnitud y las posibles consecuencias de la redistribución hidráulica (RH) y el papel que desempeñan los reservorios internos de agua en el balance hídrico de los árboles del Cerrado. Al trabajar a distintas escalas fue necesaria la utilización de diferentes metodologías, incluyendo un modelo de simulación numérica para obtener resultados a nivel de ecosistema y explorar sus consecuencias. La existencia de RH fue determinada por tres técnicas independientes: a- uso de un método de pulsos de calor para la determinación de flujos reversos o negativos (desde la raíz al suelo) en las raíces de los árboles, b-utilización de técnicas isotópicas y c- a través del análisis de las fluctuaciones diarias en los potenciales hídricos del suelo (Ψsuelo). Los patrones de flujo de las raíces de los árboles mostraron que durante la estación seca, el agua obtenida a profundidad es liberada, fundamentalmente durante la noche, en los horizontes más superficiales del suelo a través de los sistemas radiculares. En consistencia con esto, los experimentos de manipulación realizados con agua deuterada mostraron que el agua capturada por las raíces pivotantes de plantas que realizan RH es transportada y liberada al suelo por las raíces superficiales. La RH fue asociada con la dinámica foliar estacional de las plantas y la arquitectura de los sistemas radiculares. Las especies deciduas y brevideciduas con sistemas radiculares esencialmente dimórficos fueron las que presentaron la mayor frecuencia de ocurrencia de RH. Ambas técnicas permitieron determinar que la contribución de la RH por parte de los árboles al uso total diario de agua del ecosistema es de escasa magnitud (1%). Este aporte no explicó las fluctuaciones diarias en los Ψsuelo, sugiriendo que la RH realizada por el estrato herbáceo-arbustivo o que los movimientos de agua en el suelo por flujo no saturado podrían ser los responsables de las recuperaciones nocturnas del Ψsuelo. La posterior utilización de un modelo de simulación numérica permitió determinar que la mayor contribución al incremento del Ψsuelo durante la tarde y la noche fue aportada por la RH y que el flujo de agua no saturado representa como máximo 9,6 % de dicho incremento. Las simulaciones de las variaciones de los Ψsuelo indicaron que durante la estación seca la RH podría representar, en valor medio, el 28% de la evapotranspiración total media del Cerrado. Los resultados simulados en ausencia de RH mostraron que los Ψsuelo de los horizontes superficiales disminuirían suficientemente como para que las raíces experimenten grandes pérdidas de sus conductividades hidráulicas con la consecuente disminución de la capacidad del sistema de transporte de agua de las plantas. El grado de ajuste entre los resultados obtenidos por simulación y los valores observados de Ψsuelo en el campo para distintas profundidades varió entre 82 y 91 %. Los estudios realizados sobre la capacitancia de los tejidos de los troncos y ramas (corteza y xilema) demostraron que los reservorios de agua contribuyen a mantener la eficiencia del sistema de transporte de agua y a reducir las variaciones diarias y estacionales en los potenciales hídricos foliares. Las especies con mayor capacitancia total (190 Kg m-3 MPa-1) alcanzaron valores de potenciales hídricos foliares mínimos menores que especies con menor capacitancia (60 Kg m-3 MPa-1). El uso de agua de los reservorios internos fue asociado a las fluctuaciones diarias en los diámetros de los troncos, medidas con dendrómetros electrónicos, y a la dinámica de los flujos basales de agua y de la transpiración. La contribución de estos reservorios al uso diario total de agua calculada a través de las propiedades biofísicas de los tejidos y de los retardos entre el inicio de los flujos basales y de las ramas representaron entre 11 y 30%, dependiendo de la especie. Este estudio demuestra que el transporte de agua en el continuo suelo-planta en árboles de sabanas Neotropicales no solo esta determinado por las magnitudes y las variaciones de las resistencias y fuerzas motrices sino que también intervienen otros mecanismos y procesos como la RH y la capacitancia interna de las plantas que ayudan a amortiguar los efectos de déficit hídricos diarios y estacionales. |
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todo:tesis_n3951_Scholz2023-10-03T12:45:12Z Biofísica del transporte de agua en el sistema suelo-planta Scholz, Fabián Gustavo CAPACITANCIA DENDROMETROS FLUJO DE AGUA NO SATURADO FLUJO REVERSO METODO DE PULSOS DE CALOR POTENCIAL HIDRICO SABANAS NEOTROPICALES REDISTRIBUCION HIDRAULICA RESERVORIOS INTERNOS DE AGUA RESISTENCIAS HIDRAULICAS CAPACITANCE DENDROMETERS HEAT PULSE METHODS HYDRAULIC REDISTRIBUTION ISOTOPIC TECHNIQUES NEOTROPICAL SAVANNAS REVERSE FLOW SOIL-ROOTS RESISTANCES WATER POTENTIAL UNSATURATED WATER FLOW WATER STORAGE En el presente trabajo se investigaron mecanismos y procesos biofísicos y fisiológicos que regulan el transporte de agua a través del continuo suelo-planta-atmósfera en sabanas del planalto Brasilero (Cerrado). Se evaluó la existencia, la magnitud y las posibles consecuencias de la redistribución hidráulica (RH) y el papel que desempeñan los reservorios internos de agua en el balance hídrico de los árboles del Cerrado. Al trabajar a distintas escalas fue necesaria la utilización de diferentes metodologías, incluyendo un modelo de simulación numérica para obtener resultados a nivel de ecosistema y explorar sus consecuencias. La existencia de RH fue determinada por tres técnicas independientes: a- uso de un método de pulsos de calor para la determinación de flujos reversos o negativos (desde la raíz al suelo) en las raíces de los árboles, b-utilización de técnicas isotópicas y c- a través del análisis de las fluctuaciones diarias en los potenciales hídricos del suelo (Ψsuelo). Los patrones de flujo de las raíces de los árboles mostraron que durante la estación seca, el agua obtenida a profundidad es liberada, fundamentalmente durante la noche, en los horizontes más superficiales del suelo a través de los sistemas radiculares. En consistencia con esto, los experimentos de manipulación realizados con agua deuterada mostraron que el agua capturada por las raíces pivotantes de plantas que realizan RH es transportada y liberada al suelo por las raíces superficiales. La RH fue asociada con la dinámica foliar estacional de las plantas y la arquitectura de los sistemas radiculares. Las especies deciduas y brevideciduas con sistemas radiculares esencialmente dimórficos fueron las que presentaron la mayor frecuencia de ocurrencia de RH. Ambas técnicas permitieron determinar que la contribución de la RH por parte de los árboles al uso total diario de agua del ecosistema es de escasa magnitud (1%). Este aporte no explicó las fluctuaciones diarias en los Ψsuelo, sugiriendo que la RH realizada por el estrato herbáceo-arbustivo o que los movimientos de agua en el suelo por flujo no saturado podrían ser los responsables de las recuperaciones nocturnas del Ψsuelo. La posterior utilización de un modelo de simulación numérica permitió determinar que la mayor contribución al incremento del Ψsuelo durante la tarde y la noche fue aportada por la RH y que el flujo de agua no saturado representa como máximo 9,6 % de dicho incremento. Las simulaciones de las variaciones de los Ψsuelo indicaron que durante la estación seca la RH podría representar, en valor medio, el 28% de la evapotranspiración total media del Cerrado. Los resultados simulados en ausencia de RH mostraron que los Ψsuelo de los horizontes superficiales disminuirían suficientemente como para que las raíces experimenten grandes pérdidas de sus conductividades hidráulicas con la consecuente disminución de la capacidad del sistema de transporte de agua de las plantas. El grado de ajuste entre los resultados obtenidos por simulación y los valores observados de Ψsuelo en el campo para distintas profundidades varió entre 82 y 91 %. Los estudios realizados sobre la capacitancia de los tejidos de los troncos y ramas (corteza y xilema) demostraron que los reservorios de agua contribuyen a mantener la eficiencia del sistema de transporte de agua y a reducir las variaciones diarias y estacionales en los potenciales hídricos foliares. Las especies con mayor capacitancia total (190 Kg m-3 MPa-1) alcanzaron valores de potenciales hídricos foliares mínimos menores que especies con menor capacitancia (60 Kg m-3 MPa-1). El uso de agua de los reservorios internos fue asociado a las fluctuaciones diarias en los diámetros de los troncos, medidas con dendrómetros electrónicos, y a la dinámica de los flujos basales de agua y de la transpiración. La contribución de estos reservorios al uso diario total de agua calculada a través de las propiedades biofísicas de los tejidos y de los retardos entre el inicio de los flujos basales y de las ramas representaron entre 11 y 30%, dependiendo de la especie. Este estudio demuestra que el transporte de agua en el continuo suelo-planta en árboles de sabanas Neotropicales no solo esta determinado por las magnitudes y las variaciones de las resistencias y fuerzas motrices sino que también intervienen otros mecanismos y procesos como la RH y la capacitancia interna de las plantas que ayudan a amortiguar los efectos de déficit hídricos diarios y estacionales. Biophysical and physiological mechanisms and processes that regulate water transport along the soil-plant-atmosphere continuum were studied in the central savannas of Brazil (Cerrado). The magnitude and the possible consequences of the hydraulic redistribution (HR), as well as the role of the internal water storages on the water economy of Cerrado trees, were assessed using different approaches and scales. Consequently it was necessary to utilize several methodologies and techniques, including a mathematical model that was used to extrapolate to the ecosystem level studies done at a lower level of organization. Hydraulic redistribution was studied by three different independent techniques: 1. Heat pulse to estimate sap fluxes in roots and stems. 2. Stable isotope techniques, and 3. Diurnal fluctuations in soil water potentials. The observed sapflow patterns suggested that during the dry season water obtained by tap roots at depth was transported and released to upper and drier soil layers, particularly during the nighttime. Similar results were obtained with labeled water (deuterated water) that was observed in higher abundance in roots and around the soil of trees that hydraulically lifted water during the dry season. There is an association between frequency of trees within a species that performed HR and the seasonal patterns of leaf dynamics. Deciduous and brevideciduous tree species with dimorphic root systems tended to performe HR more frequently than evergreen tree species. Results from heat pulse and stable isotope techniques indicated that the contribution of HR from woody plants to the total daily water used of Cerrado vegetation was relatively small (1%). This result, as well as results of model simulations, suggested that the herbaceous layer should make substantial contribution to the ecosystem level HR in order to explain the daily and seasonal patterns of soil water potentials. Result of model simulation also indicated that non saturated water flow did not contributed more than 9.6 % to the water content fluctuations during the dry season. The model was able to predict between 82 and 91% of the observations in soil water potentials in the field suggesting that the assumptions of the mathematical model and parameter estimations were correct. The models suggest that HR maintain the water potentials of the upper soil layers relatively high to prevent cavitations and dysfunction of the water transport system. Without HR, the soil water potential would have dropped to very low soil water potential levels preventing water and nutrient uptake during the peak of the dry season. The elastic and inelastic stem water storage, that are very conspicuous in most Cerrado tree species, helped to maintain an adequate water relations of woody plants, even during the dry season. The species with higher capacitance (190 Kg m-3) were able to maintain higher leaf water potentials than species with lower stem capacitance (60 Kg m-3). The diurnal changes in stem expansions and contraction, measured with electronic dendrometers, was consistent with water storage utilization and recharge and sap flow dynamics in the main stem. The contributions of the internal water storage to total daily water utilization ranged from 11 to 33%, depending on the species. This study demonstrated that the water transport in the soil-plant continuum in trees of Neotropical savannas is influenced by the magnitudes and variations of the hydraulic resistances and driving forces for water transport (gradient in water potentials) and also by processes and mechanisms such as RH and internal capacitance of plants which help to buffer the effects of diurnal and seasonal water deficits in the extreme seasonal environment of the tropical Brazilian savannas. Fil: Scholz, Fabián Gustavo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2006 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3951_Scholz |