Virtual Crop Model - Barley: Prozessmodellverbund Primärproduktion zur Kopplung von Photosynthese, C/N-Haushalt und Seneszenz
Final Report Abstract
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.
Publications
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