Zum Kohlenstoffhaushalt von Pflanzenbeständen : Ein dynamisches Prozeßmodell des Wachstums von Winterweizen (Triticum aestivum L. cv. Kanzler)

• Main Author: Berlekamp, Jürgen
• Other Authors: Prof. Dr. Gerd Esser
• Format: Doctoral Thesis
• Language: German
• Published: 2000
• Subjects: Kohlenstoffhaushalt; Pflanzenwachstum; Modell; 92B99; 32 - Biologie; ddc:570
• Online Access: https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-2000091570

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.