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Concentration gradients of ozone and other trace gases in and above cereal canopies

Pleijel, Håkan

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 2 (2008), p. 187 - 192

published: Apr 28, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0270

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ArtNo. ESP025011702009, Price: 29.00 €

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Abstract

The concentration of ozone (O3) above and within a barley canopy and a wheat canopy was studied. Compared to the concentration at 1.1 m above the ground (0.1 m above the 1 m tall canopy), the concentration within the canopy (0.3 m above ground) was typically reduced by approximately 20 % during the day and 40 % during the night for both barley and wheat, reflecting the slower mixing of air in the lower wind speeds of the night. The variation in ozone reduction in the canopy during the hours with the highest average wind speeds (11:00-16:00) could partly be explained by the effect of vapour pressure deficit on stomatal conductance. The concentration gradients of nitrogen dioxide (NO2) above and into the canopy were weaker but similar to that of O3, while the measurements suggested emission of nitric oxide (NO). During the day the carbon dioxide (CO2) concentration had a local minimum at the top of the canopy reflecting the photosynthesis activity of the sunlit, non-senescent part of the canopy, while during the night very high concentrations of CO2 were observed within and immediately above the canopy as a result of respiration in combination with limited air mixing. Inside open-top chambers no concentration gradients of O3 into the canopy or horizontally above the canopy could be detected.

Kurzfassung

Die Konzentration von Ozon (O3) oberhalb und innerhalb der Vegetationsschicht von Gerste und Weizen wurde gemessen. Im Vergleich zur Konzentration in 1,1 m Höhe über dem Boden (0,1 m über der 1 m hohen Vegetationsschicht) war die Konzentration innerhalb der Vegetationsschicht um 20 % während des Tages bzw. 40 % nachts reduziert. Das galt sowohl für Gerste als auch für Weizen. Die Änderung in der OzonReduktion innerhalb des Pflanzenbestandes während der Stunden mit den höchsten Windgeschwindigkeiten (11:00-16:00 Uhr) wurde zum Teil durch den Effekt des Wasserdampfdruckdefizites auf die Stomata-Öffnung erklärt. Die Konzentrationsgradienten von Stickstoffdioxid (NO2) oberhalb und innerhalb der Vegetation waren schwächer aber ähnlich wie die von O3. Die Messungen zeigten eine Emission von Stickstoffmonoxid (NO) an. Während des Tages hatte die CO2-Konzentration ein lokales Minimum im oberen Bereich der Vegetationsschicht, was die Photosynthese-Aktivität von dem nicht verwelkten, oberen Teil der Vegetationsschicht widerspiegelt. Während der Nacht sind sehr hohe CO2-Konzentrationen innerhalb und direkt oberhalb der Vegetationsschicht, als Ergebnis der Kombination von Respiration und beschränkter Luftdurchmischung gemessen worden. In Open-Top-Kammern wurden keine O3-Gradienten, weder horizontal oberhalb der Vegetationsschicht, noch senkrecht innerhalb der Vegetationsschicht beobachtet.