Original paper

Ein Modell zur quantitativen Beschreibung des Stickstoffumsatzes im System Boden-Pflanze

[A Model for Quantitative Assessment of Nitrogen Turnover in the Soil-Plant-System]

Syring, Karl Martin; Sauerbeck, Dieter

Kurzfassung

Ein Modell zur Beschreibung der N-Aufnahme der Pflanzen, der niederschlagsabhängigen N-Verlagerung bzw. Auswaschung und der N-Bindungs- und Freisetzungsvorgänge im Boden wird dargestellt. Die Berechnung der Verdunstung beruht auf dem durch Pflanzenfaktoren korrigierten PENMAN-Ansatz, die der Wasserbewegung im Boden auf der RICHARDS-Gleichung, die durch Newton-Raphson-Iteration gelöst wird. Der N-Transport im Boden wird durch die Advektions-Dispersions-Gleichung beschrieben, die zusätzliche Quellen- und Senkenterme für Mineralisation, Immobilisierung und Stickstoffaufnahme durch die Pflanzenwurzeln enthält. Die N-Aufnahme der oberirdischen Pflanzensubstanz folgt einem prinzipiell sigmoiden Verlauf, der durch die aktuelle Verdunstung modifiziert werden kann. Ein Vergleich von Modellberechnungen mit den Daten eines Feldversuchs zeigt, daß der Wechselwirkung Mineralisation-Immobilisierung im Boden und der Stickstoffaufnahme durch Pflanzen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muß. Die aus dem Modell resultierenden Nitratkonzentrationen im Sickerwasser und die ausgewaschenen N-Mengen werden dargestellt und diskutiert.

Abstract

A model describing the N-uptake by plants, the rainfall dependent Ntranslocation (resp. leaching) and the mobilisation-immobilisation of N in soils is presented. The calculation of the evapotranspiration is based on the PENMAN-approach corrected by plant coefficients. The water movement in the soil is calculated by the RICHARDS-equation, which is solved by Newton-Raphson-iteration. The N-transport in the soil is described by the advectiondispersion equation, which includes additional source and sink terms for mineralisation, immobilisation and N-uptake by the roots. The N-incorporation by the above-ground plant parts follows a principally sigmoid course, which can be modified by the actual evapotranspiration. A comparison between model results and data obtained from a field trial is carried out. It can be concluded, that the interaction between mineralisation-immobilisation in soil and the nitrogen uptake by plants requires further consideration. The nitrate concentrations in the percolating water and the leached amounts of N, as calulated by the model, are shown and discussed.

Keywords

Mathematical modelsstandardizationnitrogensoilsplantsbalance