Virtual Crop Model - Barley: Prozessmodellverbund Primärproduktion zur Kopplung von Photosynthese, C/N-Haushalt und Seneszenz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Vorhaben wurde als Teilprojekt des „Virtual Crops - Barley " zur Entwicklung eines 3D Funktions-Struktur-Pflanzenmodells am Beispiel der Sommergerste (Hordeum vulgare L.) bearbeitet. Schwerpunkt war die Etablierung eines Prozessmodells „Primärproduktion" als Komponente des FSPM. Als Basismodell wurde hierzu das CO2- und H2O-Gasaustausch(GA)-Modell LEAFC3-N für Sommergerste spezifiziert und als Komponente des FSPM zur Berechnung der C-Bilanzen und der Primärstoffbildung getestet. LEAFC3-N beschreibt die inhärente Kopplung von Photosynthese, Transpiration, Stomatareaktion, Energie- und Massentransfer durch die Grenzschicht am Blatt und Energieaustausch. Es erfasst den Einfluss des Stickstoffgehaltes (N) auf den GA, indem Schlüssel-Kenngrößen als Funktionen von N dargestellt werden. Das Modell simuliert die Effekte der instantanen Umweltbedingungen (Strahlung, Temperatur, Luftfeuchte, CO2, Wasserversorgung als Pilotlösung), der Wachstumsbedingungen (N-Versorgung, Wachstumstemperatur) sowie der Blattseneszenz auf den GA. Als Komponente der Modelle Virtual Crops-Barley und GRECA (Gas and Radiation Exchange ofCAnopies) ermöglicht LEAFC3-N die Berücksichtigung der räumlichen und zeitlichen Muster von Photosynthese und Transpiration im Verlauf der Pflanzenentwicklung. Zur Parametrisierung von LEAFC3-N wurde der GA ein- bis zweimal pro Woche im Verlauf des Wachstums und der Seneszenz von Blättern verschiedener Insertionsstufen sowie an Grannen gemessen (Licht- und CCVAbhängigkeit bei fünf Stufen der Blatttemperatur und zwei Stufen der O2-Konzentration (21%, 2%)). Die Pflanzen wurden in Klimakammern bei zwei N-Stufen und drei Temperaturstufen sowie im Feld bei zwei N-Stufen angezogen. Zur Validierung von LEAFC3-N wurden Tagesverläufe des GA im Feld erfasst. Ergänzend wurden die Konzentrationen von N und Chlorophyll (Ch) bestimmt. Mit diesen Daten wurde das Modell durch Optimierung ausgewählter Parameter für Sommergerste spezifiziert. Die Werte der Schlüsselparameter von LEAFC3-N für Gerste stimmten mit denen für Weizen und Raps gut überein und könnten daher für verschiedene C3-Kulturpflanzenarten allgemeingültig sein. Zur Validierung von GRECA wurden Tagesgänge des GA von Gerstenbeständen und mikroklimatische Größen mit rechnergesteuerten und teilklimatisierten Parzellenküvetten von Schossbeginn bis Reife gemessen. Diese Daten wurden auf der Basis umfangreicher methodischer Untersuchungen zu den mikroklimatischen und dynamischen Eigenschaften der Parzellenküvetten ausgewertet und sollen für die Validierung von GRECA genutzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2006: VICA - Barley: 3D Simulation eines Pflanzenbestandes (Architektur, C-Input, Stoffbildung und -verteilung). Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 18, 292-293
Wernecke, P., Müller, J., Dornbusch, T., Wernecke, A., Diepenbrock W.
- 2006: Virtual Crop Model - Barley: Kopplung von Pflanzenarchitektur, Strahlungsinterzeption und Stoffbildung. Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 18, 290-291
Müller, J., Wernecke, P., Braune, H., Diepenbrock W.
- 2007: The Virtual Crop Modelling System 'VICA' specified for barley. In: Vos, J., Marcelis, L.F.M., de Visser, P.H.B., Struik, Evers, J.B. (eds.): Functional-Structural Plant Models in Crop Production. Proc. Frontis International Workshop, Wageningen, 5.-8. March 2006, Springer, 53-64
Wernecke, P.; Müller J., Dornbusch T., Diepenbrock, W.
- 2007. Measurement and modelling of awn photosynthesis of barley (Hordeum vulgare L.) for Virtual Crop Models. Pflanzenbauwissenschaften (German Journal of Agronomy), 10-15
Braune H., Müller J., Diepenbrock W.
- 2007: A dynamic model system to couple the organ length and mass dynamics specified for spring barley (Hordeum vulgare L.). 5th International Workshop on Functional Structural Plant Models, Napier, New Zeeland, Nov. 4-9, 2007
Wernecke, P.; Dornbusch T., Müller J.
- 2007: Comparison of different stomatal conductance algorithms for ozone flux modelling. Environmental Pollution 146, 726-735
Büker, P., Emberson, L. D., Ashmore, M. R., Cambridge, H. M., Jacobs, C. M. J., Massman, W., Müller, J., Nikolov, N., Novak, K., Oksanen, E., Schaub, M., de la Torre, D.
- 2007: Ein generisches Photosynthese- und Transpirationsmodul für die Modellierung der Stoffbildung von Weizen, Gerste und Raps auf Organ- und Bestandesebene. In: Böttinger, S., Theusen, L., Rank, S., Morgenstern, M., Agrarinformatik im Spannungsfeld zwischen Regionalisierung und globalen Wertschöpfungsketten. Referate der 27. GIL-Jahrestagung, 05 - 07. März 2007, Stuttgart. Gesellschaft für Informatik, Bonn, Köllen Druck+Verlag GmbH Bonn, 151-154
Müller, J., Braune, H., Diepenbrock, W.
- 2007: Modellierung von Photosyntheseprozessen - Parametrisierung des Gas- und Energieaustauschmodells LEAFC3-N für Sommergerstenblätter (Hordeum vulgäre L.). Dissertation, Halle/Saale 2007, 124 S.
Braune, H.
- 2007: Photosynthesis and carbon balance. In: Vos, J., Marcelis, L.F.M., de Visser, P.H.B., Struik, Evers, J.B. (eds.): Functional-Structural Plant Models in Crop Production. Proc. Frontis International Workshop, Wageningen, 5.-8. March 2006, Springer, 91-103
Müller, J., Wernecke, P., Braune, H., Diepenbrock, W.
- 2007: Towards universality and modularity: A generic photosynthesis and transpiration modul for functional structural plant models. Proc. 5th International Workshop on Functional Structural Plant Models, Napier, New Zeeland, Nov. 4-9, 2007, 13/1-4
Müller, J., Braune, H., Wernecke, P., Diepenbrock, W.
- 2008: Complete parameterisation of photosynthesis models - an example for barley. International Symposium on Crop Modelling and Decision Support ISCMDS 2008, April 19-22, Nanjing, China
Müller, J., Braune, H., Diepenbrock, W.
