Universität zu Köln

Lenz, Victoria IIse Shamim (2007). A process-based crop growth model for assessing Global Change effects on biomass production and water demand - A component of the integrative Global Change decision support system DANUBIA -. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Spatial and temporal changes in crop water demand are of fundamental significance when examining potential impacts of Global Change on water resources on the regional scale. Carried out within the project GLOWA-Danube, this study investigates the response of crops to changing environmental conditions as well as to agricultural management. As a component of the integrative Global Change decision support system DANUBIA, a process-based crop growth model was developed by combining the models GECROS and CERES. The object-oriented, generic model comprises sugar beet, spring barley, maize, winter wheat and potato. The modelled processes are valid for all crops and mainly comprise phenological development, photosynthesis, transpiration, respiration, nitrogen demand, root growth, soil layer-specific water and nitrogen uptake, allocation of carbon and nitrogen as well as leaf area development and senescence. Attention is given to crop-specific differences through assignment to crop categories (e.g. C4 photosynthesis type) and a set of crop-specific parameters. The model was validated by comparing simulated data with several sets of field measurements, covering a wide range of meteorological and pedological conditions in Germany. Furthermore, the responsiveness of the model to Global Change effects was examined in terms of increased air temperatures and atmospheric carbon dioxide concentrations. The results show that the model efficiently simulates crop development and growth and adequately responds to Global Change effects. The crop growth model is therefore a suitable tool for numerically assessing the consequences of Global Change on biomass production and water demand, taking into account the complex interplay of water, carbon and nitrogen fluxes in agro-ecosystems. Within DANUBIA, the model will contribute to the development of effective strategies for a sustainable management of water resources in the Upper Danube Basin.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die Erfassung von Auswirkungen des Globalen Wandels auf Biomasseproduktion und Wasserbedarf von Nutzpflanzen mit einem prozessbasierten Wachstumsmodell German
Translated abstract:	Abstract Language Räumliche und zeitliche Veränderungen des Wasserbedarfs von Nutzpflanzen sind von entscheidender Bedeutung, um auf der regionalen Skala die Auswirkungen des Globalen Wandels auf die Wasserverfügbarkeit zu erfassen. Im Rahmen des Projektes GLOWA-Danube untersucht diese Arbeit die Reaktion von Nutzpflanzen auf sich ändernde Umweltbedingungen und Bewirtschaftungsmaßnahmen. Als Teil des integrativen Entscheidungsunterstützungssystems DANUBIA wurde ein Wachstums-modell für Nutzpflanzen entwickelt, welches die Modelle GECROS und CERES kombiniert. Das objekt-orientierte, generische Modell ist für Zuckerrüben, Sommer-gerste, Mais, Winterweizen und Kartoffeln anwendbar. Die modellierten Prozesse gelten für alle Nutzpflanzen und sind im Wesentlichen: phänologische Entwicklung, Photosynthese, Transpiration, Respiration, Stickstoffbedarf, Wurzelwachstum, bodenschichtspezifische Wasser- und Stickstoffaufnahme, Allokation von Kohlen- und Stickstoff sowie Blattflächenentwicklung und Seneszenz. Die Differenzierung in die einzelnen Nutzpflanzen wird durch die Zuweisung einer Kategorie wie z.B. C4Pflanzen und durch eine Anzahl nutzpflanzenspezifischer Parameter erreicht. Für die Validierung des Modells wurden simulierte Daten mit Reihen von Feldmessungen verglichen. Diese Messungen repräsentieren ein breites Spektrum an meteorologischen und pedologischen Bedingungen in Deutschland. Zudem wurde die Reaktivität des Modells auf Effekte des Globalen Wandels untersucht. Diese Analyse wurde mittels erhöhter Lufttemperaturen und atmosphärischer Kohlendioxidkonzentrationen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des Modells, Entwicklung und Wachstum der Nutzpflanzen abzubilden und treffend auf Effekte des Globalen Wandels zu reagieren. Daher stellt das Pflanzenwachstumsmodell ein geeignetes Instrument dar, die Auswirkungen des Globalen Wandels auf die Biomasseproduktion und den Wasserbedarf von Nutzpflanzen numerisch zu erfassen. Die Modellierung berücksichtigt das vielschichtige Wirkungsgefüge zwischen Wasser-, Kohlenstoff- und Stickstoffflüssen in Agrarökosystemen. Als Teil von DANUBIA wird das Modell dazu beitragen, wirkungsvolle Strategien für einen nachhaltigen Umgang mit den Wasserressourcen im Oberen Donaueinzugsgebiet zu entwickeln. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Lenz, Victoria IIse Shamim victoria.lenz@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-21639
Date:	2007
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Geographisches Institut
Subjects:	Earth sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Global Change , integrated modelling , crop growth model , water and nitrogen demand , GLOWA-Danube German Klimawandel , integrative Modellierung , Pflanzenwachstumsmodell , Wasser- und Stickstoffbedarf , GLOWA-Danube English
Date of oral exam:	28 June 2007
Referee:	Name Academic Title Schneider, Karl Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2163