biogeochemisch-mechanistische Ökosystemmodelle


Biogeochemisch-mechanistische Ökosystemmodelle (BGC)

Mechanistische Modelle beschreiben biologische, geophysikalische und chemische Prozesse eines Ökosystems. Dazu sind formale Beschreibungen der Stoffkreisläufe von Energie, Wasser, Kohlenstoff sowie Nährstoffen (im speziellen Stickstoff) implementiert. Dabei werden grundlegende Prozesse wie Photosynthese, Respiration und Dekomposition je nach Grad ihrer Erforschung berücksichtigt. Dadurch kommt auch die häufige Bezeichnung als Prozess- oder biogeochemische (BGC) Modelle zustande. Mechanistische Modelle beschreiben die Interaktionen zwischen den Pflanzen und der Umwelt, in die sie eingebettet sind, basierend auf dem derzeitigen Wissensstand über die hauptsächlichen Wirkungsmechanismen (Waring und Running, 2007).

BGC Modelle verwenden meteorologische Daten auf täglicher oder monatlicher Basis sowie allgemeine Standortsmerkmale (z.B. Bodenwassergehalt, Stickstoffdeposition) und koppeln Vegetation und Bodendynamiken. Sie agieren auf Bestandesebene und simulieren die Kreisläufe für Kohlenstoff, Stickstoff und Wasser für Vegetationstypen (Biome) bzw. einzelne Baumarten. Eine Routine zur Photosynthese wird verwendet, um die Aufnahme von Kohlenstoff durch die Blätter zu berechnen. Der Blattflächenindex (LAI) steuert dabei die Absorbierung von Strahlung, das Auffangen von Wasser und die Streuproduktion durch die Blätter. Die Nettoprimärproduktion (NPP) wird durch die Menge an aufgenommenen Kohlenstoff minus der autotrophen Respiration erhalten.

Entwicklung und Anwendung

Das Modell Biome-BGC (Thornton, 1998) in der Version 4.1.1 (Thornton et al., 2002) wurden in den letzten Jahren an der BOKU in folgenden Schwerpunkten weiterentwickelt:

und in einer Vielzahl von Studien verwendet:

  • Auswirkung der Klimaänderung auf das Wachstum (Hasenauer et al., 1999)
  • Einfluss von Durchforstungen auf die Stoffflüsse (Petritsch et al., 2004)
  • Auswirkung von verschiedenen Erntesystemen (Merganicová et al., 2005)
  • Analyse von Mittelwaldbewirtschaftung (Pietsch & Hasenauer, 2007)