Pflanzenwachstumsmodell unter Beweidung

Block: Ökologische Modellierung WS 05/06
Pflanzenwachstumsmodell unter Beweidung
Von Anja Bonte, Romina Drees, Jan-Ludwig Schröder
Ein paar Kühe oder Schafe und ganz viel Gras.....
Aber wieviel Gras muss wachsen, damit die Tiere satt werden
können, wieviel Tierbeweidung hält eine Wiese überhaupt aus
und unter welchen Aspekten können sich bestimmte Pflanzen
besser durchsetzen als andere?
Diese Fragestellungen ergeben sich z.B. in landwirtschaftlichen
Betrieben. Die Pflanzenzusammensetzung beeinflusst die
Nettoproduktion und Qualität einer Wiese und letztendlich auch
die Leistung der Nutztiere. Die Kenntnis über
Ausbreitungsstrategien und Konkurrenzeigenschaften
erwünschter bzw. unerwünschter Weidepflanzen bietet die
Möglichkeit regulierend in den Verlauf einzugreifen. Eine
Optimierung von Pflanzenverteilung und Beweidung kann dann
zu Ertrags- und Leistungssteigerungen bei Tier und Pflanze
führen.
Tiereigenschaften:
Die Simulation der Tiere erfolgt nicht explizit. Die Beweidung
wird lediglich erkennbar durch den Fraß und die Trittschäden,
die verursacht werden. Die Tiere haben einen definierten
Futterbedarf und einen charakteristischen Wasserbedarf. Den
Durst stillen sie an einer "Tränke", einem Ort im Modell, den sie
in bestimmten Abständen immer wieder aufsuchen müssen.
Den Futterbedarf stillen sie, indem sie das Feld nach fressbaren
Pflanzen absuchen. Bei häufigem Überlaufen eines Quadranten,
wird die jeweilige Pflanze in unterschiedlichem Maß geschädigt.
Wenn die Tiere nicht satt werden, wird eine Meldung ausgeben.
Kühe:
Futterbedarf 450 kg TS/(ha Monat). Sie fressen Pflanzen ab dem
zweiten Wuchsstadium und kürzen diese dabei um zwei Stadien.
Sie fressen keine Disteln. Bei Trittschaden wird die Pflanze
komplett zerstört, der Quadrant wird schwarz.
Schafe:
Futterbedarf 90 kg TS/(ha Monat). Sie fressen alle Pflanzen ab
dem ersten Wachstumsstadium und kürzen diese dabei um ein
Stadium. Bei Trittschaden wird die Pflanze auf das erste
Wachstumsstadium zurückgesetzt.
Methoden:
Mittels einem räumlich expliziten Modell wird die Verteilung und
das Wachstum von Pflanzen abhängig der Pflanzeneigenschaften
und Konsum der Pflanzen durch Tiere oder Maht simuliert.
Der Startzustand beinhaltet eine zufällige Verteilung der Pflanzen
in einer Zusammensetzung von 65 % Futtergras, 25% Frühblüher,
5% Zeigerpflanzen (z. B. Disteln, Brennesseln o. ä.) und 5%
Störstellen. Die Einstellung des Startzustandes sowie der Besatz
von Tieren ist variabel, um so verschiedene Verläufe simulieren zu
können.
Pflanzeneigenschafen:
Das Pflanzenwachstum wird in unterschiedliche
Wachstumsstadien unterteilt, die durch entsprechende
Farbintensitäten gekennzeichnet sind.
Klonales Wachstum bedeutet, dass Störstellen durch die in den
Nachbarfeldern am stärksten vertretene Pflanze besetzt werden.
Nach der Blüte wird eine bestimmte Anzahl Samen in zufällig
ausgewählte Nachbarfelder verteilt.
Futtergras:
Wachstumsperiode beginnt im April, 5 Wuchsstadien (hellgrün =
junge Pflanze), Fähigkeit zum klonalen Wachstum, 5 Samen.
Frühblüher:
Wachstumsperiode beginnt im März, 3 Wuchsstadien (hellgelb =
junge Pflanze), Fähigkeit zum klonalen Wachstum, 2
Samen/Knollen/Zwiebeln.
Zeigerpflanze:
Wachstumsperiode ab April, 7 Wuchsstadien, kein klonales
Wachstum, es Bedarf einer bestimmten Anzahl von Störstellen,
damit die Pflanze einen Quadranten besetzen kann, 10 Samen mit
einer breiteren Streuung.
Weide:
Die Simulation erfolgt in Monatsschritten. Pflanzenwachstum
findet von März bis Oktober statt. Im November werden alle
Pflanzen auf das erste Wuchsstadium zurückgesetzt. Die
Neubesiedelung eines Quadranten im Dezember ist abhängig von
der Art und Anzahl der darin enthaltenen Samen. Im Januar
werden zufällig neue Störstellen verteilt.
Die Bestimmung des Pflanzenertrags errechnet sich nach den
Futtergraswachstumsraten in den verschiedenen Weidephasen.
Es ist möglich, die Weide zu "mähen" und dadurch die
Nettoproduktion eines Jahres zu bestimmen.
Abb. 1 FlowChart für das räumlich explizite Modell
Ergebnisse/Diskussion:
Nach mehreren Jahresdurchläufen setzen sich in diesem Modell
die Störanzeiger bei Beweidung mit Kühen schneller als mit
Schafen gegenüber den anderen Modellpflanzen durch. Das liegt
u.a. an der ‘künstlichen’ Produktion von Störstellen nach dem
Absterben der Frühblüher im Jahresverlauf, was so nicht der
Realität entspricht.
Es bilden sich schnell Frühblüher Teppiche, was sehr reell ist,
aber im späteren Jahresverlauf kann an diesen Stellen keine
reelles Wachstum mehr stattfinden.
Die modellierte Fläche ist ca. 1/4 ha groß, was einer reellen
Weidehaltung nur schwer nahe kommt, aber leider geht in der
Größenordnung die Modellierung der einzelnen Pflanzen an die
Grenzen der Rechnleistung.
Sinnvoll wäre dann auch noch eine Erweiterung des Modells um
eine Dünge- oder Herbizidfunktion, um damit den heutigen
Anwendungen näher zu kommen.