Simple item page
 

Wpływ fal upałów i susz, wahań poziomów wody i dostępności nutrientów na fluorescencję chlorofilu (SIF), fotosyntezę, parametry spektralne i biofizyczne roślinności torfowiska na gradiencie zmian poziomu wód i składników pokarmowych

dc.abstract.enThe main objective of the project is to assess the impact of stressed conditions caused by simulated warming/heat stress and drought on top of the canopy level sun induced fluorescence (SIF) and gross primary production (GPP) of peatland vegetation. In the project we will answer for following questions: will changes in GPP fluxes be reflected in changes of SIF at canopy and ecosystem scales on peatland? Will these relationships be different for plants exposed to stressed conditions? Can we assess the status and productivity of the peatland ecosystem having a remote sensing signal? Currently, the Earth Explorer Programs of European Space Agency (FLEX) and NASA are dynamically stimulate development of innovative technologies for passive SIF measurements and SIF retrievals, as well as for pioneer research on impact of different stressed conditions on SIF-GPP relationships. However, at the current state of knowledge, are we really able to estimate GPP of ecosystems and biosphere with remote sensing SIF, considering that different stressed conditions may significantly change the SIF-GPP relationships? Considering the above, the project aims are: 1) to detect changes in SIF and to evaluate relationships between SIF, vegetation indices (e.g. NADVI, PRI) and GPP for different representative peatland plots exposed to simulated warming/heat stress and drought by using both passive and active climate manipulation techniques at the controlled manipulation experiments in Rzecin peatland, 2) to define the diurnal, seasonal and spatial variability of top-of-canopy SIF and R as well as relationships between SIF, R and GPP for selected reference plots of peatland with different amount of vascular and mosses species 3) to define whether the relationship between SIF-GPP depends on atmospheric and environmental conditions, as well as on biophysical characteristics of plant cover. In order to reach the above aims, the measurements of SIF, GPP and spectral indices will be conducted on plots of already existed WETMAN (www.wetman.pl) climate manipulation experiment (since 2014) with active techniques of manipulation (infrared heaters are increasing the air and peat temperature, while automatic retractable curtain is used to reduce nighttime precipitation over the growing season). Measurements of CO2 fluxes, spectral characteristics and SIF will be conducted automatically with the existing prototyped mobile platform. Moreover, two other manipulation sites will be developed, where the manipulations will be conducted with a passive approaches by means of the open top chambers (OTCs) and special roof to reduce precipitation. SIF and CO2 fluxes measurements on these sites will be conducted periodically by means of Piccolo Doppio system with a set of two spectrometers (for SIF and reflectance measurements) as well as manual dynamic chambers (to measure net CO2 and respiration fluxes). The first in Poland, high-resolution map of top-of-canopy SIF distribution of Rzecin peatland will be used in the project. This map was generated during the SWAMP airborne campaign in July 2015 (FLEX campaign, ESA). We will critically assess, whether is it possible to specify some plant functional groups on peatland ecosystem based on this SIF map. Additionally, UAV platform will be used to measure SIF of the peatland surface and generate the SIF distribution map for this site. Based on the generated SIF maps and knowledge about the stress impact on SIF-GPP relationships, we will try to assess whether is it possible to estimate the status of the peatland in July 2015? Furthermore, we will assess the potential of UAV platforms to measure SIF of ecosystems characterized by heterogeneous surface. The relationships between SIF and CO2 fluxes measured by eddy covariance system will be investigated in order to verify hypotheses, that average SIF values measured on the EC footprint area can well represent the productivity of the ecosystem (amount of assimilated CO2). Furthermore, the gross primary production will be calculated for all of the manipulated plots by classical LUE model (where SIF and vegetation indices will be used as proxy of the model parameters). While, by means of the SCOPE model, the SIF and GPP fluxes will be estimated for these plots. The estimation error of SIF and GPP yielded from SCOPE model will be assessed by comparison of the simulated values with the measured one. Hence, the applicability of the SCOPE model to simulate SIF of the ecosystem surface will be evaluated. Although, the SIF measurements have been performed on many ecosystems with homogenous surfaces, till now this kind of research has never been conducted on peatlands. The proposed project has pioneering and innovative nature. By understanding how different factors determined the SIF of peatland vegetation, the dynamic ecosystem-atmosphere interactions will be better interpreted, hence the productivity of ecosystems and biosphere estimated with the remote sensing could be more accurate. This topic is of high importance for the future FLEX Earth Explorer 8 mission of ESA.
dc.abstract.plNadrzędnym celem projektu jest ocena wpływu czynników stresowych – symulowanego ocieplenia/stresu termicznego i suszy – na indukowaną promieniowaniem słonecznym fluorescencję chlorofilu (SIF) mierzoną nad szatą roślinną oraz produkcję pierwotną brutto (GPP) roślinności torfowiska. Odpowiemy na pytania: czy zmiany w SIF skorelowane będą ze zmianami GPP roślinności torfowiska i całego ekosystemu? Czy zależności te zmieniać się będą pod wpływem czynników stresowych? Czy mierząc SIF jesteśmy w stanie określić kondycję roślin i status powierzchni torfowiska? Obecnie, programy badawcze Europejskiej Agencji Kosmicznej (FLEX) i NASA dynamicznie napędzają rozwój innowacyjnych technologii niezbędnych do pomiarów SIF, a także pionierskich badań nad wpływem czynników stresowych na zależność SIF-GPP. Czy jednak, przy obecnym stanie wiedzy możemy ocenić produktywność ekosystemów i całej biosfery za pomocą SIF, zważywszy na fakt, że większość czynników stresowych zaburza w istotnym stopniu zależność SIF-GPP? Biorąc powyższe pod uwagę, projekt ma celu: 1) Określenie zmian w SIF oraz w zależnościach SIF, wskaźników spektralnych (np. NDVI, PRI) i GPP różnych reprezentatywnych powierzchni torfowiska narażonych na oddziaływanie symulowanego stresu termicznego i suszę z wykorzystaniem zarówno aktywnych, jak i pasywnych metod manipulacji klimatem na terenie kontrolowanych eksperymentów manipulacyjnych na torfowisku w Rzecinie, 2) Określenie dobowej, sezonowej i przestrzennej zmienności SIF oraz wskaźników spektralnych dla reprezentatywnych powierzchni torfowiska o różnym udziale roślin naczyniowych i mchów torfowców 3) Określenie czy, i w jakim stopniu zależności SIF-GPP zależą od zmieniających się warunków atmosferycznych i czynników środowiskowych oraz charakterystyk biofizycznych szaty roślinnej. Aby osiągnąć te cele, pomiary SIF, GPP i wskaźników spektralnych prowadzone będą na terenie istniejącego (od 2014 r) klimatycznego eksperymentu manipulacyjnego WETMAN (www.wetman.pl) z aktywnymi metodami manipulacji (radiatory na podczerwień podnoszą temperaturę torfu i powietrza, zaś automatyczna kurtyna rozsuwająca się podczas opadu nocnego ogranicza ilość wody docierającej do powierzchni torfowiska). Pomiary strumieni CO2 i charakterystyk spektralnych oraz SIF wykonywane będą za pomocą istniejącej prototypowej mobilnej platformy pomiarowej. Ponadto, utworzone zostaną dwa inne stanowiska, na których manipulacje osiągane będą metodami pasywnymi z wykorzystaniem otwartych komór OTC oraz zadaszenia odcinającego opad. Pomiary SIF i strumieni CO2 na tych stanowiskach będą wykonywane okresowo za pomocą sytemu Piccolo Doppio z zestawem dwóch spektrometrów (pomiary SIF i reflektancji) oraz manualnych komór dynamicznych (do pomiarów wymiany netto i emisji CO2). W projekcie wykorzystamy pierwszą w Polsce wysokorozdzielczą mapę przestrzennej zmienności SIF wygenerowaną dla torfowiska Rzecińskiego podczas kampanii lotniczej SWAMP w lipcu 2015 roku (kampania FLEX, ESA). W projekcie ocenimy krytycznie, czy na podstawie tej mapy i analizy przestrzennej zmienności SIF jesteśmy wstanie wyodrębnić funkcjonalne grupy roślin na torfowisku? Za pomocą drona mierzyć będziemy SIF powierzchni torfowiska i opracujmy mapy zmienności SIF dla torfowiska. Spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, czy porównując te zobrazowania SIF i mając wiedzę uzyskaną z eksperymentów manipulacyjnych, będziemy mogli określić wstecz stan torfowiska w lipcu 2015 roku? Określimy też przydatność dronów do pomiarów SIF ekosystemów o heterogenicznych powierzchniach. Przenalizujemy również zależności pomiędzy SIF a strumieniami CO2 mierzonymi za pomocą systemu kowariancji wirów (EC) celem weryfikacji hipotezy, że w heterogenicznym krajobrazie średnie wartości SIF mierzone w zasięgu obszaru oddziaływania systemu EC mogą być dobrym wskaźnikiem produktywności ekosystemu (ilości zasymilowanego CO2). Ponadto, dla każdego stanowiska pomiarowego oszacujemy produkcję ekosystemu brutto za pomocą klasycznego modelu LUE (stosując pomierzone wartości SIF i wskaźników spektralnych jako proxy parametrów modelu). Wykorzystując natomiast zaawansowany model SCOPE, oszacujemy zarówno SIF, jak i GPP tych powierzchni. Błąd oszacowania wartości SIF i strumieni GPP wysymulowanych za pomocą modelu SCOPE będzie określony poprzez porównanie wartości wymodelowanych z pomierzonymi. Tym samym, określimy przydatność tego modelu do szacowania SIF powierzchni ekosystemów. Choć badania SIF prowadzono na wielu ekosystemach homogenicznych w swej strukturze, to jednak nigdy wcześniej nie prowadzono podobnych pomiarów na torfowisku. Proponowane badania mają charakter pionierski i nowatorki. Zrozumienie jakie czynniki determinują wartości SIF roślinności torfowiska pozwoli lepiej zrozumieć dynamiczne interakcje ekosystem–atmosfera i dokładniej szacować produktywność ekosystemów i całej biosfery, co jest obecnie przedmiotem zainteresowania grup badawczych specjalizujących się w pomiarach SIF i ma kolosalne znaczenie dla przyszłej misji FLEX w ramach ESA Earth Explorer 8.
dc.contributor.authorRadosław Tomasz Juszczak
dc.date.accessioned2025-06-30T14:40:41Z
dc.date.available2025-06-30T14:40:41Z
dc.date.issued2021
dc.identifier.project2020/39/O/ST10/00775
dc.identifier.urihttps://sciencerep.up.poznan.pl/handle/item/3558
dc.pbn.affiliationenvironmental engineering, mining and energy
dc.subject.plefektywność fotosyntetyczna
dc.subject.plfluorescencja
dc.subject.plodbicie spektralne
dc.subject.plprodukcja pierwotna brutto
dc.subject.plteledetekcja
dc.subject.pltorfowisko
dc.subject.plzmiany klimatu
dc.titleWpływ fal upałów i susz, wahań poziomów wody i dostępności nutrientów na fluorescencję chlorofilu (SIF), fotosyntezę, parametry spektralne i biofizyczne roślinności torfowiska na gradiencie zmian poziomu wód i składników pokarmowych
dc.title.alternativeInfluence of heat waves and droughts, fluctuations in water levels and availability of nutrients on chlorophyll fluorescence (SIF), photosynthesis, spectral and biophysical parameters of peatland vegetation on the gradient of changes in water and nutrient levels
dc.typeProject
dspace.entity.typeProject
project.competition.nameInna
project.endDate2025-09-30T00:00:00
project.startDate2021-10-01T00:00:00