Liigu edasi põhisisu juurde
Teadus
Maastike kaugseire kaasprofessor Jan Pisek ja tema kolleegid töötavad välja ja täiustavad meetodeid, mis hõlbustavad lehe kaldenurga mõõtmist ükskõik kus. Okaste kalde kohta teabe saamiseks kasutab ta 3D-fotogrammeetriat. Foto: Marja-Liisa Plats

Valguse püüdmise kunst

Jan Pisek TÜ maastike kaugseire kaasprofessor

Elu Maal sõltub taimede võimest muuta päikeseenergia fotosünteesi abil keemiliseks energiaks. Selle protsessi tõhusus sõltub imeväikestest asjadest – näiteks lehtede kaldenurgast.

Valgus, mida taimed eluks vajavad, on äärmiselt muutlik keskkonnategur ning sel on taimede kasvule, ellujäämisele ja konkurentsivõimele väga suur mõju. Võrastikus kinni peetud valguse hulk ja kiirus, millega taimed fotosünteesi teel päikeseenergiat biomassiks muudavad, on tõendatult tugevas, peaaegu lineaarses positiivses korrelatsioonis. See näitab selgelt, et valguse kinnipüüdmine on tõepoolest ökosüsteemi tootlikkuse põhiline tegur.

Üks peamisi võimalusi, kuidas taim saaks võimalikult palju päikesevalgust püüda ja samal ajal soojusstressi, veekaotust ja konkurentsiohtu tasakaalustada, on lehtede nurga muutmine. Tõhus valguse kasutamine on eriti oluline tihedas taimestikus konkureerivate taimede jaoks.

Selleks et parandada üldist valguse neeldumist, võivad taimed suurendada kas lehtede kogupindala või iga lehepindalaühiku suutlikkust valgust püüda. Sellel, kui palju valguse püüdmist tõhustada saab, on aga geneetilised ja mehaanilised piirangud: lehtede ehitus, taimede maksimaalne kõrgus ja lehe optimaalseks asendiks vajalik biomass.

Väike nurk, aga suur mõju

Taime kogu lehestik ei saa kunagi täielikult otsese päikesevalguse käes olla, sest pole võimalik kasvatada lehti ainult horisontaalselt ja ühes kihis. Seega saabki lehtede kaldenurga muutmine taimele oluliseks valguse püüdmise strateegiaks.

Lehe kaldenurk on nurk lehe pinna normaalvektori ja vertikaali ehk seniidi vahel (vt joonis 1). See mõjutab lehe valgusepüüdmise võimet, fotosünteesi, energiabilanssi ja taimede omavahelist konkurentsi. Kaldenurkade jaotus võib märkimisväärselt mõjutada süsinikuvooge ja spektraalsignatuuri. Spektraalsignatuur on ainulaadne muster, mida tekitab elektromagnetkiirgus, mida mingi objekt erinevatel lainepikkustel kiirgab või peegeldab, ning see on andmete otsimisel ja prognoosimisel satelliidipiltide abil väga oluline.

Kuigi lehtede kaldenurkade tähtsusest on teadlased ammu aru saanud, on nende mõõtmise tulemusi ökoloogilistes mudelites sageli liiga vähe arvestatud, sest mõõtmine on eriti keeruka võrastiku puhul raske ülesanne. Mõõtmismeetodid on olnud väga erinevad, töömahukast käsitsitööst kuni täpsete ja sageli kallite instrumentideni.

Kõige lihtsam, kuid aeganõudvam meetod on lehtede kaldenurga käsitsi kirja panemine kaldenurga- ja asimuudimõõturi abil. Selle meetodi uuendusena arendasime hiljuti Tartu observatooriumi meeskonnaga välja rakenduse EST-LEAF, mis kasutab kiireks ja täpseks andmete hankimiseks mobiiltelefoni andureid. See rakendus on nüüd Google Plays vabalt kättesaadav.

On veel hulk kiiremaid ja vähem töömahukaid meetodeid, näiteks kalasilm-objektiiviga varustatud digikaameraga või looditud digikaameraga tehtud fotod.

Kalasilm-objektiivi abil hinnatakse lehe keskmist kaldenurka eri vaatenurkadest tuvastatud valguse erinevuste põhjal, eeldusel, et kõik lehed on ühesuguse kaldenurgaga ja ühtlase asimutaaljaotusega.

Looditud digikaamera meetod tähendab lehtede kaldenurga käsitsi mõõtmist horisontaalselt paigaldatud kaameraga tehtud piltide põhjal, kasutades pilditöötlustarkvara.

Praegu töötame koos kolleegidega arvutiteaduse instituudist välja masinõppemeetodeid, mis võimaldaksid sellistelt digifotodelt lehtede kaldenurga teavet automaatselt eraldada. Nii oleks võimalik muuta see meetod odavaks, lihtsasti kasutatavaks, vähe koolitust nõudvaks ja kättesaadavaks igapäevase varustusega – nutitelefoni kaameraga.

Seire maa pealt ja maa kohalt

Senised parimad meetodid tuginevad maapealsele laserskaneerimisele (vt joonis 2). Need maapealsed seadmed kasutavad valguse tuvastamise ja kaugseire (lidari) tehnoloogiat, et mõõta vahemaad väga suure täpsusega, ning võimaldavad lehtede kaldenurka automaatselt hinnata.

Viimase aastakümne kiiret tehnoloogilist arengut arvestades on maapealne laserskaneerimine võrastiku struktuuri kolmemõõtmelisel jäädvustamisel kujunenud eelistatud tehnoloogiaks.

Täpseid andmeid lehtede kaldenurkade jaotuse kohta on vaja selleks, et modelleerida täpselt kiirguse ülekannet (kuidas valgus võraga interakteerub ja selle kaudu levib), valguse neeldumist ja lehtede energiabilanssi. Mõnes mudelis on lehtede kallet käsitletud taimede funktsionaalse tüübi põhjal (näiteks lehtpuu- või igihaljad laialehised metsad, rohumaad, põõsastikud), kuid kogu vegetatsiooniperioodi jooksul püsiva parameetrina.

Samas on kiirgusülekande mudeli simulatsioonid näidanud, et lehe kaldenurga muutumine võib põhjustada kuni neljakordset erinevust süsihappegaasi neeldumise netovõimes ja umbes 20% muutust nii lehe füüsikalises soojuses kui ka peitsoojuse hulgas.

Arvestades lehe kaldenurga tähtsust, võib selle hooajalise ja vertikaalse varieeruvuse andmete lisamine fotosünteesi modelleerimist märkimisväärselt parandada.

Suurendades kaldenurga jaotuse mõõtmise täpsust ja andmete kättesaadavust – mille poole me koos kolleegidega aktiivselt püüdleme –, on neid teadmisi võimalik paremini kasutada näiteks põllukultuuride majandamisel ning kliima ja bioloogilise mitmekesisuse modelleerimisel.

Lisa kommentaar

Teadus Joonisel östrogeeni ja progesterooni muutused naise elu jooksul

Miks mõjuvad hormoonid naistele nii erinevalt?

Üks naine kasutab hormonaalseid rasestumisvastaseid vahendeid aastaid ilma ühegi probleemita. Teine lõpetab juba mõne nädala pärast, sest kõrvaltoimed on talumatud. Mõni naine läbib menopausi peaaegu märkamatult, teine kogeb aastaid kuumahooge, une­häireid ja meeleolumuutusi. Ühele on menstruatsioonieelne periood lihtne, teisel mõjutavad ...
Triin Laisk
Teadus Fotol vana anatoomikumi hoone

Ülikool pargis ja esimene sammastega peahoone

Anu Ormisson-Lahe uuris oma doktoritöös „Tartu Ülikooli hoonete ansambli kujunemine valgustusajastu ülikoolide maastikul“ peahoone, anatoomikumi, raamatukogu, tähetorni ja botaanikaaia kujunemist tervikuks, milles ilmnevad Euroopa eeskujud, teadustöö vajadused, linnaruumi võimalused ja arhitekt Johann Wilhelm Krause tööviisid. Euroopa ülikooliarhitektuuri aja­lugu võib vaadata ...
Anu Ormisson-Lahe
Teadus Fotol Hanna Hõrak müürlooga lehtedega

Õhulõhed aitavad taimel kasvada ja ellu jääda

Taimi tajutakse tihti kena rohelise tapeedina: arvatakse, et nad on küll silmale ilus vaadata, aga mitte just ülemäära põnevad või tegusad. Ometi on just taimed eriti osavad keskkonnatingimustega kohanema, et sõna otseses mõttes paigal püsides ellu jääda ja järglasi anda. ...
Hanna Hõrak
Doktoritööd Fotol Tiiu Leibur

Värsked teadustööd: kristallide tähenduslikkusest ligniini veesisalduseni

Juunist augustini Tartu Ülikoolis kaitstud doktoritöödes uuriti muu hulgas kakskeelsete laste keelekasutust, e-valitsemist Hiina omavalitsustes, imikute protseduurivalu leevendamist Eesti haiglates ja kollaseid hüperhiidtähti. Kõigi kaitstud doktoritöödega saab tutvuda Tartu Ülikooli digiarhiivis ADA ja kaitsmisele tulevaid väitekirju on võimalik lehitseda ülikooli ...
Universitas Tartuensis
Teadus Pildil Piibli tõlkijad

„Piibel 2039“ – uued piiblitõlked Tartu Ülikoolist

2025. aasta kevadel sai alguse Piibli tõlkimine eesti keelde. See suur ja mitmetahuline ettevõtmine, mis kannab ühisnimetajat „Piibel 2039“, vajab selgitamist mitme kandi pealt. Tihti küsitakse meilt, miks üldse Piiblit tõlkida, kui tõlkeid on niigi. See mulje on tegelikult petlik. ...
Urmas Nõmmik
Teadus Pildil mõned Euroopa piiriülesed toimepiirkonnad

Suurandmed toovad Euroopa piirialad nähtavale

Igal hommikul sõidavad pooled Luksemburgi töötajad oma ametipostile naaberriigist: Belgiast, Saksamaalt või Prantsusmaalt. Umbes samamoodi käib elu Prantsusmaa piiri lähedases Genfis, Saksamaa ja Poola piiril ning veel paljudes paikades. Umbes kahe miljoni eurooplase jaoks on piiriületus igapäevase tööelu osa. Üleüldse ...
Olle Järv
Teadus Pildil Eret Talviste, Tara Giddens ja Merlin Kirikal

Sood, rannad ja uitavad mõtted – modernism eesti, iiri ja Ameerika kirjanduses

Virginia Woolf uskus, et maailma suurimad imed ei peitu kaugetel mandritel, vaid meid vahetult ümbritsevas keskkonnas ja inimese enda mõtetes. Tema loomingus kuulusid kokku kaks sõna:wonder jawander, eesti keeli imestamine ja uitamine. Minu uus teadusprojekt liigub just nende kahe sõna ...
Eret Talviste
Doktoritööd Pildil Kristian Pentus

Värsked teadustööd: ülikooli hoonete ajaloost täiustatud kromosoomanalüüsini

Aprillis ja mais Tartu Ülikoolis kaitstud doktoritöödes uuriti muu hulgas ülikooli hoonete ansambli kujunemist 19. sajandi algul, Riigikogu liikmete kõnestiili mõju valijatele ja keelemudelite mitmekeelset treenimist. Kõigi kaitstud doktoritöödega saab tutvuda Tartu Ülikooli digiarhiivis ADA ja kaitsmisele tulevaid väitekirju on ...
Universitas Tartuensis
Teadus Fotol Anna Branets

Kuidas mõista keelt, mida sa pole õppinud

Tartu Ülikoolis rahvusvahelise koostöö eest hoolitsenud särasilmne Anna Branets pakub meie kohtumispäeval kolleegidele lahkumiskringlit ja valmistub järeldoktorantuuriks Norras Tromsø Ülikoolis. Äsja kaitses ta doktoritöö „Vahendatud retseptiivne mitmekeelsus: edutegurid keeleõppe soodustamisel“. Ukrainast pärit Anna Branets uuris oma doktoritöös, kuidas on võimalik ...
Viktoria Korpan
Accept Cookies