New consistent models for an effective description of root water uptake
Final Report Abstract
Eine genaue Kenntnis des Wassertransports im System Boden-Pflanze-Atmosphäre ist für viele Fragestellungen in den Umwelt- und Agrarwissenschaften von großer Bedeutung. An den Wassertransport sind sowohl Stoffflüsse als auch Energieflüsse gekoppelt, so dass Fehler in der Beschreibung des Wassertransportes zu Fehlern in der Vorhersage der Umsätze von Wasser, Stoffen und auch der Energie in den Systemkomponenten führen. Ein großer Teil des Wassers wird vom Boden über die Pflanze zur Atmosphäre transportiert, so dass die Beschreibung der Wasseraufnahme durch Wurzeln von entscheidender Bedeutung ist. Häufig werden die Transportvorgänge effektiv unter der Annahme eines repräsentativen Elementarvolumens (REV) beschrieben. In diesem Projekt wurde gezeigt, dass die gängigen Modelle zur effektiven Beschreibung der Wasseraufnahme auf der REV-Skala physikalisch nicht konsistent sind. Es wurden Verbesserungen vorgeschlagen, die zum einen zu einer physikalischen Konsistenz führen sollten und zum anderen praktikabel sind. Die Implementierung der Modelle erfolgte im Projekt, um anschließend in mehreren Sensitivitätsstudien zu analysieren, wie sich die neuen Modelle im Vergleich zu den gängigen unter homogenen und heterogenen Verteilungen von Bodeneigenschaften für unterschiedliche Bodenarten und Randbedingungen verhalten. Es wurde gezeigt, dass die üblichen Modelle mit den üblichen Parametrisierungen vor allem in bindigen Böden (Ton, Lehm) zu fragwürdigen Ergebnissen führen. Diese Probleme konnten durch die Modellmodifikationen ohne Erhöhung der Anzahl der Modellparameter oder der Modellkomplexität eliminiert werden. Für die Simulation in heterogenen Böden sagt das modifizierte Modell die größte Wasseraufnahme im Übergangsbereich zwischen feinen groben Bereichen vorher. Daraus leitet sich die Hypothese ab, dass in solchen Böden die Nährstoffaufnahme auch im Übergansbereich am höchsten ist. Daher sollte die Nährstoffverarmung bei wenig mobilen Nährstoffen (wie P) in diesen Bereichen am höchsten sein.
Publications
- (2016): Modified conceptual model for compensated root water uptake – A simulation study. Journal of Hydrology. 534, 1-10
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.12.047) - (2016): Technical note: Improving the AWAT filter with interpolation schemes for advanced processing of high resolution data. Hydrology and Earth System Sciences, 20, 2309-2315, 2016
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Volume 185, 1 May 2017, Pages 126-136
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.agwat.2017.02.010)
