Modelling of grassland fluxes in Europe

This article is published in the frame of MACSUR model intercomparison:


R. Sándor Z. Barcza, D. Hidy, E. Lellei-Kovács, S. Ma,1, G. Bellocchi:
Modelling of grassland fluxes in Europe: Evaluation of two biogeochemical models
Agriculture, Ecosystems and Environment 215 (2016) 1–19

Abstract

Two independently developed simulation models – the grassland-specific PaSim and the biome-generic Biome-BGC MuSo (BBGC MuSo) – linking climate, soil, vegetation and management to ecosystem biogeochemical cycles were compared in a simulation of carbon (C) and water fluxes. The results were assessed against eddy-covariance flux data from five observational grassland sites representing a range of conditions in Europe: Grillenburg in Germany, Laqueuille in France with both extensive and intensive management, Monte Bondone in Italy and Oensingen in Switzerland. Model comparison (after calibration) gave substantial agreement, the performances being marginal to acceptable for weekly-aggregated gross primary production and ecosystem respiration (R2 ~0.66-0.91), weekly evapotranspiration (R2 ~0.78-0.94), soil water content in the topsoil (R2 ~0.1-0.7) and soil temperature (R2 ~0.88-0.96). The bias was limited to the range -13 to 9 g C m-2 week-1 for C fluxes (-11 to 8 g C m-2 week-1 in case of BBGC MuSo, and -13 to 9 g C m-2 week-1 in case of PaSim) and -4 to 6 mm week-1 for water fluxes (with BBGC MuSo providing somewhat higher estimates than PaSim), but some higher relative root mean square errors indicate low accuracy for prediction, especially for net ecosystem exchange The sensitivity of simulated outputs to changes in atmospheric carbon dioxide concentration ([CO2]), temperature and precipitation indicate, with certain agreement between the two models, that C outcomes are dominated by [CO2] and temperature gradients, and are less due to precipitation. ET rates decrease with increasing [CO2] in PaSim (consistent with experimental knowledge), while lack of appropriate stomatal response could be a limit in BBGC MuSo responsiveness. Results of the study indicate that some of the errors might be related to the improper representation of soil water content and soil temperature. Improvement is needed in the model representations of soil processes (especially soil water balance) that strongly influence the biogeochemical cycles of managed and unmanaged grasslands.

 

Sensitivity and uncertainty analysis

I took a part in the MACSUR Conference 2015 Integrated Climate Risk Assessment in Agriculture & Food, University of Reading, UK, Wednesday 8th – Friday 10th April 2015

You can find my presentation with the help of the following link:

MACSUR Conference presentation

The International Livestock Modelling and Research Colloquium

LiveM organized the International Livestock Modelling and Research Colloqium in October 2014 in Bilbao, Spain, at the Maritime Museum on the banks of the Nervión-Ibaizabal estuary, bringing together around 45 MACSUR researchers from LiveM, CropM and TradeM, as well as representatives of ATF (Animal Task Force), EAAP (European Federation of Animal Science), the GRA Animal Health and GHG Emissions Intensity Network, AgMIP (Agricultural Modelling Improvement Programme) and the SOLID (Sustainable, Organic and Low Input Dairying) project.

The aims of the meeting were to showcase modelling research related to LiveM and MACSUR, to bring closer ties between partners and the external initiatives represented, and to hold discussions on the future direction and purpose of the theme as the MACSUR knowledge hub moves towards its second phase from 2015-2017.

Video summary of the meeting and the activities of LiveM here:  livestock-modelling video

Almanach kiadvány - Nemzeti Kiválóság Program

Homoktalajok hidraulikus tulajdonságainak vizsgálata a talajnedvesíthetőségi kategóriák függvényében

Irodalmi előzmények

A talaj-növény-légkör rendszer tanulmányozása során az egyik legmeghatározóbb folyamat a talajban történő vízmozgás, melyre a növényzet és a talaj közvetlenül, a légkör pedig közvetve fejti ki hatását (Kutílek, 2004). Meghatározó paramétere a talaj telítési vízvezető képessége (K_S), mely egyben a talajok egyik legnagyobb variabilitású paramétere (Upchurch et al., 1988). A mérés során egyenletes beszivárgási ütemet feltételezünk, azonban ezt befolyásolhatja, ha víztaszító, vagy nehezen nedvesíthető talajon végezzük a hidraulikus vezetőképesség méréseinket. Ezt a jelenséget a talajok víztaszításának (soil water repellency) nevezik. A víztaszítás egy átmeneti talajtulajdonság, mely igen nagymértékű térbeli változatossággal (Ritsema & Dekker, 2003) és időbeli változékonysággal rendelkezik (Rodríguez-Alleres & Benito, 2011) hasonló vegetációs körülmények között. Ezt a jelenséget világszerte sokan kutatják (Lichner et al., 2006), de hazánkban még alig ismert terület.

Anyag és módszer

A K_S és a víztaszítás pedon léptékű térbeli változatosság vizsgálata a csólyospálosi és az őrbottyáni homoktalajokon kerül bemutatásra. Talajtanban az 1 m²-es terület már reprezentatív méretnek, pedonnak (talajtani alapegységnek) tekinthető (Huzsvai et al., 2005).  Ezért a heterogenitás vizsgálat során az 1 m²-es területet 100 db 10×10 cm-es cellára osztottunk fel, majd mind a 100 cellájában hidraulikus vezetőképesség mérést végeztünk Mini Disk Infiltorméter (MDI) (Decagon, 2010) segítségével, illetve megvizsgáltuk a talajnedvesíthetőséget, a Water Drop Penetration Time (WDPT) módszerével, majd Dekker és Ritsema (1996) beosztását alkalmazva meghatároztuk minden egyes cella talajnedvesíthetőségi kategóriáját.

Eredmények és diszkusszió

A méréseink alapján az őrbottyáni talaj jól nedvesíthető, míg a csólyospálosi talaj víztaszító, helyenként erősen víztaszító (1. ábra). A WDPT talajnedvesíthetőségi kategóriák definiálásához Dekker & Ritsema (1996) beosztását alkalmaztuk az 1m² terület 100 cellájában. 

1. ábra: WDPT (Water Drop Penetration Time) módszerrel meghatározott víztaszítás értékek 1m²-en belüli variabilitása Csólyospálos (a) és Őrbottyán (b) mintaterületén.

Mivel a talaj nedvesíthetőségét jelentősen befolyásolja a szerves szén mennyisége, illetve minősége (Singer & Ugolini, 1976), ezért megmértük az őrbottyáni és csólyospálosi homoktalajok humusztartalmát. Vizsgálataink alapján az a feltétezésünk, hogy a csólyospálosi talaj víztaszítását nem a huminsavak nagy mennyisége okozza, hanem a talajban előforduló hidrofób karakterű anyagok. Ezek jelenlétére utal a csólyospálosi talaj összes szervesanyagtartalma és a lúggal kivont szervesanyagtartalom közötti nagy különbségl, mely jóval nagyobb, mint az őrbottyáni homok esetében.

A csólyospálosi víztaszító talaj esetében a Mini Disk Infiltrométeres méréseknél a beszivárgás késleltetve indult meg. Amennyiben a K_S kiértékeléséhez nem a teljes mérési adatsort vesszük alapul, hanem csak a beszivárgás megindulása utániakat, akár fél nagyságrendnyi különbséget is tapasztalhatunk a hidraulikus vezetőképesség értékekben a választott módszer függvényében. A K_S területi változatosságánál több, mint másfél nagyságrendnyi különbséget tapasztaltunk a csólyospálosi talaj esetében, ugyanakkor Őrbottyánban fél nagyságrendnyi különbséget mértünk. A Mini Disk Infiltrométeres hidraulikus vezetőképesség értékek átlaga jó egyezést mutat az Őrbottyán területén más módszerekkel mért, korábbi K_S adatokkal (Fodor et al., 2011). Ez arra enged következtetni, hogy a MDI megbízhatóan alkalmazható az őrbottyáni mintaterületen a talaj hidraulikus vezetőképességének meghatározására.

Összefoglalás

A mérések alapján a csólyospálosi homoktalaj víztaszító, míg az őrbottyáni homoktalaj jól nedvesíthető. A korábbi feltételezésekkel ellentétben a csólyospálosi talaj víztaszítását nem a huminsavak nagy mennyisége okozza, hanem a nagy mennyiségű még nem humifikálódott szerves növényi maradványok. A mérések alapján nem javasolt a Mini Disk Infiltrométer alkalmazása víztaszító talajok K_S mérésére, de amennyiben mégis ezt a módszert alkalmazzuk, akkor a beszivárgás megindulását követően mért adatokat használjuk. Továbbá, ha egy terület jelentős heterogenitással rendelkezik, akkor az egyik helyről elfolyó víz beszivárog egy közeli helyen, így durvább léptékben kisebb lehet a víztaszítás, mint a helyi értékek átlaga.

Irodalom

DECAGON. 2010. Mini Disk Infiltrometer User’s Manual. Version 6. www.decagon.com/pdfs/manuals/Infiltrometer_v6.pdf 2010 Accessed:01/06/2010.

DEKKER, L.W. & RITSEMA, C.J. 1996. Variation in water content and wetting patterns in Dutch water repellent peaty clay and clayey peat soils. Catena. 28: 89-105.

FODOR, N., SÁNDOR, R., ORFANUS, T., LICHNER, L., RAJKAI, K. 2011. Evaluation method dependency of measured saturated hydraulic conductivity. Geoderma. 165: 60-68.

HUZSVAI, L., RAJKAI, K. és SZÁSZ, G. 2005. Az agroökológiai modellezés technikája. Kempelen Farkas Digitális Tankönyvtár egyetemi tankönyve a http://www.hik.hu/tankonyvtar/site/books/b114/index.html Internet címen.

KUTÍLEK, M. 2004. Soil hydraulic properties as related to soil structure. Soil and Tillage Research. 79: 175-184.

LICHNER, L., DLAPA, P., DOERR, S.H., MATAIX-SOLERA, J. 2006. Evaluation of different clay minerals as additives for soil water repellency alleviation. Applied Clay Sci. 31: 238-248.

RITSEMA, C.J. & DEKKER, L.W. 2003. Soil water repellency: occurrence, consequences and Amelioration. Elsevier Science. p. 358.

RODRÍGUEZ-ALLERES, M. & BENITO, E. 2011. Spatial and temporal variability of surface water repellency in sandy loam soils of NE Spain under Pinus pinaster and Eucalyptus globulus plantations. Hydrological Processes. 25: 3649-3658.

SINGER, M.J. & UGOLINI, F.C. 1976. Hydrophobicity in the soils of Fingley Lake, Washington. For. Sci. 22: 54-60.

UPCHURCH, D.R., WILDING, L.P., HARTFIELD, J.L. 1988. Methods to evaluate spatial variability. In: Reclamation of Disturbed Lands. (Ed.: Hossner, L.R.) 201-229. CRC Press. Boca Raton, FL.

International Livestock modelling and Research Colloquium

14-16th October, INTERNATIONAL LIVESTOCK MODELLING AND RESEARCH COLLOQUIUM

 Uncertainty in simulating biomass yield and carbon-water fluxes from Euro-Mediterranean grasslands under climate changes:

UREP_presentation

Talajtani Vándorgyűlés poszter

Talajtani vándorgyűlés absztrakt

 Talajtani vándorgyűlés 

A talajok térbeli változatossága – elméleti és gyakorlati vonatkozások

Talajtani Vándorgyűlés
Keszthely, 2014. szeptember 4-6.

Szervezők:
Magyar Talajtani Társaság
Pannon Egyetem Georgikon Kar
Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszék

A Magyar Talajtani Társaság és a Pannon Egyetem Georgikon Kara közösen rendezi Keszthelyen a Talajtani Vándorgyűlést 2014. szeptember 4. és 6. között „A talajok térbeli változatossága – elméleti és gyakorlati vonatkozások” címmel. A vándorgyűlés fókuszába a talajok térbeli változatossága áll, hiszen ez összefügg a precíziós mezőgazdasági alkalmazásokkal, a környezeti modellek megbízhatóságával, az új, nagy részletességű talajvizsgálati módszerekkel, a digitális talajtérképezéssel, a talajosztályozással stb.

Az alabbiakban olvashato absztrakttal veszek reszt a rendezvenyen:

Homoktalajok víztaszítás és telítési vízvezető képesség értékének pedon léptékű variabilitása

Sándor Renáta¹², Filep Tibor¹, Balog Kitti^1*, Fodor Nándor³,

¹MTA Agrártudományi Kutatóközpont Talajtani és Agrokémiai Intézet 1022 Budapest Herman Ottó u. 15., balog.kitti@agrar.mta.hu

²INRA-Grassland Ecosystem Research Unit

³MTA Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézet

A talajban történő vízmozgás leírása szempontjából meghatározó paraméter a talaj telítési vízvezető képessége (K_S), mely egyben a talajok egyik legnagyobb variabilitású paramétere. Az egyenletes beszivárgási ütemet jelentősen befolyásolhatja, ha víztaszító, vagy nehezen nedvesíthető talajon végezzük a hidraulikus vezetőképesség méréseinket. Ezt a jelenséget a talajok víztaszításának nevezik. A víztaszítás egy olyan átmeneti talajtulajdonság, mely igen nagymértékű térbeli változatossággal rendelkezik hasonló vegetációs körülmények között.

A homoktalajok pedon léptéken belüli heterogenitásának vizsgálata során egy 1 m²-es területet 100 db 10×10 cm-es cellára osztottunk fel Őrbottyán és Csólyospálos kísérleti területein. Az 1 m²-es terület, mind a 100 cellájában hidraulikus vezetőképesség mérést végeztünk Mini Disk Infiltorméter (MDI) segítségével, illetve megvizsgáltuk a talajnedvesíthetőséget, a Water Drop Penetration Time (WDPT) módszerével.

A méréseink alapján az őrbottyáni talaj jól nedvesíthető, míg a csólyospálosi talaj víztaszító, helyenként erősen víztaszító. A vizsgálataink alapján az a feltétezésünk, hogy a csólyospálosi talaj víztaszítását nem a huminsavak nagy mennyisége okozza, hanem egyéb, a talajban lévő hidrofób karakterű anyagok. A csólyospálosi víztaszító talaj esetében a MDI méréseknél a beszivárgás késleltetve indult meg. Amennyiben a K_S kiértékeléséhez nem a teljes mérési adatsort vesszük alapul, hanem csak a beszivárgás megindulása utániakat, akár fél nagyságrendnyi különbséget is tapasztalhatunk a hidraulikus vezetőképesség értékekben a választott módszer függvényében. A K_S területi változatosságánál több, mint másfél nagyságrendnyi különbséget tapasztaltunk a csólyospálosi talaj esetében, ugyanakkor Őrbottyánban fél nagyságrendnyi különbséget mértünk. Ezek alapján nem javasolt a Mini Disk Infiltrométer alkalmazása víztaszító talajok K_S mérésére, de amennyiben mégis ezt a módszert alkalmazzuk, akkor a beszivárgás megindulását követően mért adatokat használjuk. Továbbá, ha egy terület jelentős heterogenitással rendelkezik, akkor az egyik helyről elfolyó víz beszivárog egy közeli helyen, így durvább léptékben kisebb lehet a víztaszítás, mint a helyi értékek átlaga.

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.