Uncertainties of nonlinearly estimated parameters from incubations of soil organic matter

Weinheim

2004

S. 293-302

6 Abb., 32 Lit. Ang.

Artikel aus einer ZeitschriftUnselbständiges Werk

200114030

Die Parameter von Mineralisierungsmodellen erster Ordnung werden meist anhand von Ikubationsexperimenten mit nicht-linearen Verfahren ermittelt. Es ist nur wenig darüber bekannt, wie sich die Inkubationsdauer und besonders kleine Messfehler auf die geschätzten Parameter auswirken. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von Fehlern bei der Mineralisierungsmessung auf nicht-linear geschätzte Parameter zu untersuchen und Möglichkeiten zur Verbesserung der Parametersicherheit aufzuzeigen. Dazu wird die CO2-Freisetzung aus organischer Substanz, die aus dem L-Horizont des Auflagehumus eines sauren Podsols aus Sand unter Kiefern (Pinus silvestris L.) stammt, als Beispiel herangezogen. Zur nicht-linearen Parameterschätzung wird das Marquardt-Verfahren eingesetzt. Die Unsicherheiten der geschätzten Parameter werden mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen quantifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass auch kleine Messfehler in Größenbereich der zufälligen und unvermeidbaren Messunsicherheiten bedenklich große Unsicherheiten (ca. 50 %) in den geschätzten Parametern verursachen können. Die Parameterunsicherheiten sind für kumulierte oder Ratenmessungen und -modelle gleich. Die Monte-Carlo-Simulationen zeigen, dass die Messgenauigkeit und die Inkubationsdauer Schlüsselfaktoren im Hinblick auf eine verbesserte Zuverlässigkeit der geschätzten Parameter darstellen. Verringerungen von Messfehlern führen zu überproportionaler Steigerung der Parametersicherheit. Eine Verlängerung der Inkubationsdauer auf etwa 80 % der Zeit, die benötigt wird, um 90 % der maximalen kumulierten Mineralisierung zu erreichen (t90) ist optimal zur Minimierung der Parameterunsicherheit. Die optimale Inkubationsdauer ist aber üblicher Weise nicht a priori bekannt, weil t90 von der a priori unbekannten Mineralisierungskinetik abhängt. Ein praktikabler Weg für ihre Ermittlung ist, die Mineralisierungsparameter begleitend zu schätzen, während die Inkubation weiterläuft. Das Experiment wird dann beendet, wenn die Inkubationsdauer etwa 80 % der geschätzten t90 erreicht hat.