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Soil Evaporation in a Shaded Coffee Plantation Derived From Eddy Covariance Measurements

Holwerda, F. ; Meesters, A. G. C. A.

Journal of geophysical research. Biogeosciences, 2019-06, Vol.124 (6), p.1472-1490 [Periódico revisado por pares]

Washington: Blackwell Publishing Ltd

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  • Título:
    Soil Evaporation in a Shaded Coffee Plantation Derived From Eddy Covariance Measurements
  • Autor: Holwerda, F. ; Meesters, A. G. C. A.
  • Assuntos: Agriculture ; agroforestry ; Canopies ; Canopy ; Coffee ; Covariance ; eddy covariance method ; Energy balance ; Evaporation ; Evapotranspiration ; Moisture content ; Net radiation ; Plant cover ; Plantations ; Plants (botany) ; Radiation ; Radiation balance ; Rain ; Rainfall ; shaded coffee ; Soil ; soil evaporation ; Soil surfaces ; Soil water ; Soils ; Trees ; Vegetation cover ; Vortices ; water availability ; Water content
  • É parte de: Journal of geophysical research. Biogeosciences, 2019-06, Vol.124 (6), p.1472-1490
  • Descrição: Little is known about soil evaporation (Esoil) in shaded coffee plantations. In this study, Esoil and its proportion to total evapotranspiration and rainfall (P) were quantified for a densely shaded Arabica coffee plantation (~80% tree cover) in central Veracruz, Mexico, using eddy covariance (EC) measurements made above the tree canopy and at the boundary between the stem space and canopy of the coffee crop. While measurements above the canopy were made continuously during the 1‐year study period (October 2016 to September 2017), this was not possible for the above‐soil level due to logistical considerations, and hence, annual Esoil was calculated from a relationship between the ratio of the actual to the equilibrium Esoil and surface soil water content. This empirical model was calibrated using 31 days of EC measurements, representing the range in surface soil water content observed during the study period. Examining the above‐canopy and above‐soil EC measurements for quality yielded similar results with regard to stationarity (99% and 85% of the time, respectively) and degree of energy balance closure (81% and 96%, respectively). The permanent and relatively dense vegetation cover provided by the shade trees and coffee plants reduced net radiation at the soil surface to only about 12% of the above‐canopy value. Consequently, Esoil was a minor fraction of evapotranspiration (10–13%) and P (8–9%), with the spread reflecting uncertainties related to the failure to close the energy balance. In addition to the low‐energy availability, Esoil may have been reduced by the presence of a litter layer. Resumen Se conoce poco acerca de la evaporación del suelo (Esuelo) en plantaciones de café bajo sombra. En este estudio, Esuelo y su proporción respecto a la evapotranspiración total (ET) y la precipitación (P) fueron cuantificadas para una plantación de café Arábica densamente sombreada (~80% cobertura arbórea) en el centro de Veracruz, México, utilizando mediciones de covarianza de remolinos (eddy covariance, EC) realizadas por encima del dosel de los árboles y entre el suelo y el dosel del cultivo del café. Mientras que las mediciones por encima del dosel se realizaron de forma continua durante el período de estudio de un año (octubre de 2016 a septiembre de 2017), esto no fue posible para el nivel por encima del suelo debido a cuestiones logísticas; por lo tanto, la evaporación anual del suelo se calculó a partir de una relación entre la razón de la evaporación real del suelo a la evaporación de equilibrio y el contenido de agua de la superficie del suelo (CAS). Este modelo empírico fue calibrado usando 31 días de mediciones de EC, representando el rango de CAS observado durante el periodo de estudio. El análisis de calidad de las mediciones de EC realizadas por encima del dosel y por encima del suelo produjo resultados similares con respecto a la estacionariedad (99% y 85% del tiempo, respectivamente) y el grado de cierre del balance de energía (81% y 96%, respectivamente). La cobertura vegetal permanente y relativamente densa proporcionada por los árboles de sombra y las plantas de café redujo la radiación neta en la superficie del suelo a sólo un 12% del valor por encima del dosel. En consecuencia, Esuelo fue una fracción pequeña de la ET (10–13%) y de la P (8–9%), donde la variación refleja las incertidumbres relacionadas con la falta de cierre del balance de energía. Además de la baja disponibilidad de energía, Esuelo pudo haberse reducido por la presencia de una capa de hojarasca. Key Points Soil evaporation was a minor fraction of total evapotranspiration (10–13%) and rainfall (8–9%) in a densely shaded coffee plantation The eddy covariance method performed similarly well above the soil and above the tree canopy of the coffee plantation In addition to the low net radiation at the soil surface, the presence of a litter layer may have contributed to the low evaporation rates
  • Editor: Washington: Blackwell Publishing Ltd
  • Idioma: Inglês
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