VI.3. A növényi fejlődés paraméterei

A modell az 50 legfontosabb, illetve széles körben termelt növényfajjal dolgozik. Megadja a legfontosabb paramétereit élettani szempontból, mint pl.: a víz és tápanyagszükséglet, a növényi részek C/N aránya, fajspecifikus növekedési index, stb.. A DNDC felajánl olyan opciót is, hogy a felhasználó határozhassa meg egy-egy faj növényfiziológiáját, így akár új alfaj, illetve „új faj” is definiálható, valamint adott területre a tavaszi/őszi vetést figyelembe véve többféle növénytermesztési kombináció is alkalmazható. A gazdálkodásban használt vetésforgó és az alkalmazott agrotechnológiának megfelelően a modellben szereplő földhasználati adatbázist minden modell-évben frissíteni kell. Ez a funkció hasznos és jól használható többek között arra, hogy meghatározzuk a növényváltás hatását a nyomgáz fluxusokra. Ezzel a mechanizmussal a DNDC képes megjósolni alternatív vetésforgók hatását az üvegház hatású- és egyéb gázok talajkibocsátására, akár hegyvidéki és nedves területeken is. A modell összekapcsolja a növényi növekedést i) a talaj bio-geokémiájával és ii) a klímaalkotókkal, szimulálva a C-, N- és víz-stresszt és körforgalmat az ökoszisztémában. A növényi növekedés szimulálja a biomassza növekedést (akkumulációt) és a biomassza eloszlását (a termés, a szár és gyökér között) a napi hőmérsékleti értékek, valamint a napi N- és vízfelvétel alapján. A terménynövekedést i) a napi kumulatív hőmérséklet, ii) az optimális biomassza, iii) a nitrogén- és iv) víz-stressz alapján, míg a nitrogén szükségletet a napi optimális növekedés és a növényi C/N arány alapján számítja. Az aktuális N-felvételt a növekedési periódus alatt a N- és víz-stressz limitálja. A víz-stressz értékét az aktuális vízfelvétel és a potenciális párologtatási igény aránya adja meg (megjegyezzük, hogy amíg Nyugat-Európában a nagyobb csapadékmennyiség és az óceán közelsége miatt a vízellátottság közel optimális, addig a Kárpát-medencében a víz-stressz hatása elsődleges modellezési tényezővé válik.). A növényi N-felvétel függ az egyes növényfajták N-igényétől és felvételi kapacitásától. A növényi szükségletet a modell arra alapozva veszi számításba, hogy a növényi növekedés mértéke bármely időpillanatban csökkenhet, ha a nitrogén koncentráció egy kritikus érték alá süllyed. Ezt az elvet a N-stressz becslésénél is használják. A N-szükséglet tartalmazza a hiány pótlását (helyreálljon a kritikus koncentráció) és az új hajtás igényét, társulva a szén asszimilációjához és allokációjához. A N-felvételi kapacitás függ a gyökérzóna ásványi nitrogén-koncentrációjától és a talajnedvességtől, amelyeket a DNDC bio-geokémiai és hidrológiai komponense szimulál. A modell három növényi N-raktárral számol, ezek a hajtás (levél és szár), a termés, illetve a gyökérzet. Azzal a feltételezéssel élünk, hogy a hajtásnak és a gyökérzetnek ugyanaz a relatív N-koncentrációja (a kritikus koncentrációval összehasonlítva).

A modell figyelembe veszi az antropogén tevékenységet (pl. öntözés, műtrágyázás, vagy az aratás). Feltesszük, hogy aratás után az összes gyökér a talajban marad, valamint a talaj feletti növénymaradéknak a modellalkalmazó által definiált része, mint tarló marad a szántóföldön egészen a következő földmegmunkálásig, ami akkor már összekeveredik a talajjal. Így a felszín feletti növényi hulladék eloszlik a különböző szerves szén raktárak között, a C/N arány alapján.

A növényi vízfelvétel függ a párologtatási potenciál-igénytől, amelyet a levélfelületi index (LAI), a meteorológiai feltételek és a felvételi kapacitás határoz meg. A vízfelvételi kapacitást a talajnedvesség, a gyökérhossz és ezeknek a paramétereknek a talajbeli eloszlása határozza meg. A növényi biomassza talajprofilja tartalmazza a gyökércsúcs mélységi növekedését, a gyökér hosszának és sűrűségének az eloszlását, de a gyökércsúcs maximális mélysége 1 m-re korlátozott. A gyökértömeg eloszlását a talajprofilban a gyökérhossz eloszlás alapján becsüli a modell, amelyhez korlátozó tényezőket rendel. A modellben a korlátozó tényezők (0-tól 1-ig) minden egyes rétegben egy statikus és négy dinamikus faktort tartalmaznak. Az egyes rétegek statikus faktora a nitrogénen kívüli eltérő tápanyagok hiánya. A dinamikus korlátozó faktorok tartalmazzák a talajerő, a szellőzés, a hőmérséklet és a nitrogén hatását. A talajerőt a talaj térfogatsűrűsége, textúrája és víztartalma alapján becsüljük. A talajszellőzés függ a talajnedvességtől, valamint a növény víztelítési érzékenységétől. A gyökérlégzés és a gyökérnedvek a két legfontosabb energiaforrás a talajmikrobák számára, amelyek modellezése a növekedési rátán és a teljes növényi biomasszán alapul. A növekedési periódus alatt a gyökerek folyamatosan bocsátanak ki a talajba könnyen bomló szerves szénvegyületeket, amelyek így serkentik a mikroorganizmus csoportokat (nitrifikálókat, denitrifikálókat, metánképzőket és a metanotrófokat).

A talajművelés folyamata hasonló a friss oxigén talajba juttatásához. Trágyával, vagy szalmával való talajjavítás növeli a talaj mikrobiális populációját és a lebomlott szervesanyag-tartalmat, amely a közbeeső mikrobiális folyamatok nagy részét felgyorsítja. A talaj vízzel való borítottsága (belvíz, árvíz) megváltja a talaj aerációs állapotát, ami változást okoz a nitrifikációs, denitrifikációs, illetve az oxidációs, redukciós folyamatokban.

A növényzet életfolyamata során szén-dioxidot köt meg a légkörből. Ez a folyamat befolyásolja a növények nitrogén felvételét is. Ennek mértékét jelentősen befolyásolja a talaj, növények számára elérhető nitrogén tartalma.