Sensitivities of crop models to extreme weather conditions during flowering period demonstrated for maize and winter wheat in Austria

Cambridge

2013

813–835

Artikel aus einer Zeitschrift

203051

The objective of the present study was to compare the performance of seven different, widely applied crop models in predicting heat and drought stress effects. The study was part of a recent suite of model inter-comparisons initiated at European level and constitutes a component that has been lacking in the analysis of sources of uncertainties in crop models used to study the impacts of climate change. There was a specific focus on the sensitivity of models for winter wheat and maize to extreme weather conditions (heat and drought) during the short but critical period of 2 weeks after the start of flowering. Two locations in Austria, representing different agro-climatic zones and soil conditions, were included in the simulations over 2 years, 2003 and 2004, exhibiting contrasting weather conditions. In addition, soil management was modified at both sites by following either ploughing or minimum tillage. Since no comprehensive field experimental data sets were available, a relative comparison of simulated grain yields and soil moisture contents under defined weather scenarios with modified temperatures and precipitation was performed for a 2-week period after flowering. The results may help to reduce the uncertainty of simulated crop yields to extreme weather conditions through better understanding of the models’ behaviour. Although the crop models considered (DSSAT, EPIC, WOFOST, AQUACROP, FASSET, HERMES and CROPSYST) mostly showed similar trends in simulated grain yields for the different weather scenarios, it was obvious that heat and drought stress caused by changes in temperature and/or precipitation for a short period of 2 weeks resulted in different grain yields simulated by different models. The present study also revealed that the models responded differently to changes in soil tillage practices, which affected soil water storage capacity.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Leistung von sieben verschiedenen, weit verbreiteten Pflanzenmodellen bei der Vorhersage von Hitze- und Trockenstress-Effekten zu vergleichen. Die Studie war Teil einer kürzlich durchgeführten Reihe von Modellvergleichen auf europäischer Ebene und stellt eine Komponente dar, die bei der Analyse von Quellen von Unsicherheiten in Pflanzenmodellen, die zur Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels verwendet werden, fehlte. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Sensitivität von Modellen für Winterweizen und Mais gegenüber extremen Witterungsbedingungen (Hitze und Trockenheit) während der kurzen aber kritischen Periode von 2 Wochen nach dem Beginn der Blüte. Zwei Standorte in Österreich, die unterschiedliche agroklimatische Zonen und Bodenverhältnisse repräsentieren, wurden in den Simulationen über 2 Jahre, 2003 und 2004 mit gegensätzlichen Wetterbedingungen berücksichtigt. Darüber hinaus wurde das Bodenmanagement an beiden Standorten modifiziert, entweder durch Pflügen oder minimale Bodenbearbeitung. Da keine umfassenden Feldversuchsdaten zur Verfügung standen, wurde ein relativer Vergleich von simulierten Getreideerträgen und Bodenfeuchtegehalten unter definierten Wetterszenarien mit modifizierten Temperaturen und Niederschlägen für einen Zeitraum von 2 Wochen nach der Blüte durchgeführt. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die Unsicherheit simulierter Ernteerträge auf extreme Wetterbedingungen durch ein besseres Verständnis des Verhaltens der Modelle zu reduzieren. Obwohl die untersuchten Pflanzenmodelle (DSSAT, EPIC, WOFOST, AQUACROP, FASSET, HERMES und CROPSYST) für die verschiedenen Wetterszenarien meist ähnliche Trends bei den simulierten Getreideerträgen aufwiesen, war es offensichtlich, dass Hitze- und Trockenstress durch Temperaturschwankungen und / oder Temperaturschwankungen verursacht werden Ausfällung für einen kurzen Zeitraum von 2 Wochen führte zu unterschiedlichen Kornerträgen, die durch verschiedene Modelle simuliert wurden. Die vorliegende Studie zeigte auch, dass die Modelle unterschiedlich auf Veränderungen der Bodenbearbeitungsverfahren reagiert haben, die sich auf die Wasserspeicherkapazität des Bodens ausgewirkt haben.