Modellierung des Kohlenstoffhaushaltes in Ackerböden auf der Grundlage bodenstrukturabhängiger Umsatzprozesse

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines prozessorientierten Simulationsmodells zur Beschreibung des Kohlenstoffhaushaltes in Ackerböden auf der Grundlage bodenstrukturabhängiger Umsatzprozesse. Im Gegensatz zu bisherigen Modellansätzen, die überwiegend auf der Grundlage von konzeptionellen Pools basieren, sollen in diesem Modell messbare Pools behandelt werden und der Umsatz der organischen Substanz auf die Reaktionsräume der Mikro-, Meso- und Makroporen bezogen werden. Ausgehend von der Hypothese, dass alle sich im Boden befindliche organische Substanz am Umsatz beteiligt ist, aber zeitweise aufgrund der Lokalisierung im Porenraum geschützt ist, wurde ein SOM-Modell, welches unter dem Namen CIPS (Carbon turnover In Pore Space) geführt wird, als mathematisches Modell in ModelMaker© realisiert.Die Aufteilung der organischen Substanz erfolgt nach qualitativen Stufen in die Pools der frischen organischen Substanz (FOM = Fresh Organic Matter), der aktiven organischen Substanz (AOM = Active Organic Matter), der stabilisierten organischen Substanz (ROM = Refractory Organic Matter), der gelösten organischen Substanz (DOM = Dissolved Organic Matter) und des Kohlenstoffdioxides (CO2). Bei der Klassifizierung der organischen Substanz ist die Übereinstimmung von Poolgrößen zu experimentell bestimmungsfähigen Parametern sehr wichtig. Der Boden als Reaktionsraum, in dem sich die organische Substanz umsetzt, wird in Kompartimente mit unterschiedlichen Reaktionsbedingungen untergliedert. Die Einteilung erfolgt anhand der Beziehung zwischen Wasserspannung und Wassergehalt (pF-Kurve) in die Klasse der Mikro-, Meso- und Makroporen. Um die Reaktionsbedingungen in den einzelnen Porenklassen zu ermitteln, wird das Wasserhaushalt-Modul (Kapazitätsmodell) aus dem CANDY-Modell verwendet. Die Verteilung des Kohlenstoffs innerhalb des Reaktionsraumes erfolgt in Abhängigkeit des Anteils der Porenoberfläche einer Porenklasse an der Gesamtporenoberfläche, die mittels Porenvolumina und Äquivalentporendurchmesser berechnet wird.Die Parameter des CIPS-Modells resultieren aus der Anpassung der Simulationsergebnisse an die Experimentaldaten eines Laborinkubationsversuches mit 14C-markiertem Weizenstroh, einem DOC-Inkubationsexperiment, unter Verwendung von Parametern aus der Literatur als Startparameter sowie aus der Anpassung an Messergebnisse des Freilandversuches Statischer Dauerdüngungsversuch Bad Lauchstädt.