| Summary: | Die vorliegende Arbeit stellt ein mechanistisches, dynamisches Modell zur Beschreibung des Kohlenstoffhaushaltes von
homogenen Pflanzenbeständen vor. Das Modell wurde für Bestände von Winterweizen (Triticum aestivum L. cv.
Kanzler) parametrisiert.
Das Modell differenziert die Pflanzenkompartimente Wurzeln, Blätter, Halme, Ähren und Endosperm. Innerhalb dieser
Kompartimente werden die Pools Struktursubstanz, Glucose sowie andere Assimilate in Form von Disacchariden
unterschieden. Im Modell wird der Pflanzenbestand eindimensional in bis zu elf Bestandesschichten diskretisiert. An
relevanten Prozessen werden Photosynthese, Dunkelrespiration, Translokation von Assimilaten, Allokation sowie
Konversion von Glucose in Assimilate berücksichtigt. Die typische zeitliche Auflösung des Modells beträgt 15 Minuten.
Das Modell ist als System gekoppelter, zum Teil nichtlinearer gewöhnlicher Differentialgleichungen implementiert.
Neuartig gegenüber bestehenden Modellansätzen ist vor allem die konsequente, nach Pflanzenorganen und
Kohlenstoffpools funktionsorientiert vorgenommene Kompartimentierung sowie die Abbildung aller relevanten Prozesse
einschließlich der Translokation und Allokation.
Aus dem Modellkonzept konnten Bedingungen abgeleitet werden, unter denen sich ein Teil der Modellparameter
experimentell bestimmen lassen. Hierzu wurden ökophysiologische in-vivo-Messungen an einzelnen Pflanzenorganen
von Winterweizen durchgeführt. Die Ergebnisse der Experimente veranlaßten Änderungen der Modellstruktur, sodaß das
Modell als quantifizierbare Arbeitshypothese des Zusammenwirkens der beteiligten Modellprozesse diente.
Die Modellergebnisse wurden mit unabhängigen Messungen der Phytomassenentwicklung validiert. Für zwei
unterschiedliche Vegetationsperioden konnte dabei eine gute Übereinstimmung zwischen Modell und unabhängigen
Meßwerten nachgewiesen werden. Durch die hohe zeitliche Auflösung des Modells konnten detaillierte Einblicke in die
Kohlenstoffdynamik des Pflanzenbestandes erzielt werden. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse decken sich mit
publizierten Experimentergebnissen.
Das Modell wurde eingesetzt, um den Einfluß veränderter Klimavariablen auf das Wachstum und den Ertrag von
Winterweizen (cv. Kanzler) zu simulieren. Im Vergleich zum Referenzszenario wurde für eine Erhöhung der
Lufttemperatur um 2 Grad C zu Ende der Vegetationsperiode eine Reduzierung der Gesamtphytomasse um 5-6% und des
Ährenertrages um 8 % berechnet.
|
|---|
