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P6 - Modellierung

Prozeß-orientierte Simulation der Konkurrenz zwischen Mikroorganismen und Pflanzen um Wasser und Stickstoff in buchendominierten Laubwäldern. Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Forschungszentrum Karlsruhe.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll das am IMK-IFU entwickelte Modell PnET-N-DNDC in eine neue, flexiblere Modellstruktur (MOBILE) eingebunden und derart weiterentwickelt werden, daß es die Konkurrenzsituation zwischen Bestand und Bodenmikrobiologie in buchendominierten Laubwäldern in unterschiedlichen Klimaten im Rahmen von mittel- und langfristigen Prognosen realitätsnah wiederspiegeln kann.

Wesentliche Ziele der geplanten Arbeiten sind:

  1. Simulation der Bestandsdynamik mit und ohne Berücksichtigung inter- und intra-spezifischer Konkurrenz um Licht, Wasser und Stickstoff.
  2. Retrospektive Validierung des Modells PnET-N-DNDC anhand der Bestandesentwicklung am jeweiligen Standort, wobei forstliche Eingriffe berücksichtigt werden.
  3. Abschätzung der zukünftigen Entwicklung von Beständen mit unterschiedlichen Ausgangsbedingungen (z. B. Artenzusammensetzung, Alter) und Management in den nächsten 50-100 Jahren bei Berücksichtigung der zukünftigen Klimaänderungen (basierend auf transienten Klimaszenarien). Validierung der Klima- und Nutzungssensitivität des Modells.
  4. Regionalisierung der Ergebnisse durch Kopplung des Modells an GIS-Datenbasen. Abschätzung der regionalen Modellunsicherheiten.

Zur Erreichung der Ziele ist es erforderlich, folgende Modell-Weiterentwicklungen durchzuführen:

  • Erweiterung des Waldwachstumsmoduls auf eine flexible Anzahl von Schichten und Arten zur dynamischen Simulation der Bestandesstruktur und Baumartenmischung zur flexiblen Abbildung a) der Konkurrenz um Licht im Kronenraum, b) der Temperaturverteilung im Bestand und deren Auswirkung auf die Bestandestranspiration, und c) von Interzeptionsunterschieden zwischen Licht- und Schattenblättern sowie deren Einfluß auf die Transpiration.
  • Implementierung eines baumspezifischen dynamischen Wurzelmodells zur Simulation intra- und interspezifischer Konkurrenz von krautigen und holzbildenden Pflanzen um N und Wasser (Durchwurzelungsdynamik, Kinetik der N-Aufnahme, Mykorrhizierungsgrad).
  • Explizite Berücksichtigung von bakteriellen und pilzlichen C- und N-Pools und Umsetzungen (spezifische Dynamik von Umsetzungsprozessen, Aufnahmekinetik für N, Implementierung der dissimilatorischen Nitrat-Reduktion zu Ammonium als zusätzlicher N-Kreislaufprozeß, evt. spezielle Berücksichtigung von mikrobiellen Rhizosphärenumsetzungen).
  • Verbesserung des Bodenwasserhaushaltmoduls (Einbeziehen latenter Flüsse, Berücksichtigung von präferentiellen Wasserflüssen).
  • Implementierung von Bestandesmanagementmaßnahmen.
  • Aufbau von detaillierten GIS-Datenbasen für die einzelnen Untersuchungsregionen mit den für die Modellinitialisierung und den Modellantrieb erforderlichen Parametern.
  • Für die Modellweiterentwicklungen kann z. T. auf bereits publizierte Ergebnisse aus anderen Forschungsprojekten zurückgegriffen werden. Allerdings liegen für einige geplante Modellweiterentwicklungen nur wenige oder keine Informationen aus Feld- und Laborversuchen vor. Diese Kenntnislücken, z. B. in-situ Kinetik der N-Aufnahme von Mikroorganismen, müssen in enger Abstimmung zwischen dem vorliegenden Modellierungsprojekt und den an der Forschergruppe beteiligten Arbeitsgruppen geschlossen und in die Modellierung überführt werden. Aus diesem Grunde werden die geplanten Modellierungsarbeiten aufs Engste mit den einzelnen Arbeitsgruppen abgestimmt.

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