Modelling growth and nitrogen balance of barley under ambient and future conditions

Abstract

Tutkimuksessa analysoitiin ohran kasvua ja typpilannoituksen vaikutusta siihen kokeellisten aineistojen ja matemaattisen mallin avulla. Mallin toimivuutta testattiin nykyisissä oloissa kerätyillä aineistoilla, ja mallia käytettiin ennustamaan ilmastonmuutoksen vaikutusta ohran kasvuun. Samalla analysoitiin mallin kykyä simuloida maan lämpötilaa sekä lumen kertymistä ja sulamista. Kalibrointi- ja testaustulokset osoittivat, että käytetty malli simuloi hyvin ohran kasvua ja typpilannoituksen vaikutusta siihen sekä maan lämpötilaa ja lumen kertymistä ja sulamista nykyisissä oloissa. Ohran fytomassa nykytasoon verrattuna oli hitaan ilmastonmuutoksen oloissa 23 % suurempi ja nopean ilmastonmuutoksen oloissa 56 % suurempi, jos viljelijän oletettiin vaihtavan lajiketta kasvukauden pituuden mukaan ja käyttävän korkeaa typpilannoitustasoa. Keskinopean muutosennusteen mukaan ohran fytomassa lisääntyi korkeaa typpilannoitustasoa (200 kg N/ha) käytettäessä suhteellisesti enemmän kuin alhaista typpilannoitustasoa (100 kg N/ha) käytettäessä. Mallin antamien tulosten perusteella ohran kasvun lisääntymiseen vaikuttaa eniten kohoava hiilidioksidipitoisuus. Lämpötilan kohoaminen sen sijaan alentaa jonkin verran tuotantopotentiaalia, jos viljelyyn ei oteta uusia lajikkeita, jotka vaativat suuremman lämpösumman tuleentumiseensa.

According to current scenarios, atmospheric CO2- concentration ([CO2]) and average air temperature will rise in the future. The predicted longer growing season in Finland would imply that more productive cultivars and even new crop species could be grown. Moreover, higher [CO2] is also likely to increase dry matter production of crops. This study analyzed the growth of spring barley (Hordeum vulgare L.) under ambient and suggested future conditions, and its response to N fertilization. Model simulations of soil temperature and of snow accumulation and melting were also studied. The calibration and validation results showed that the model performed well in simulating snow dynamics, soil temperature, the growth of barley, and the response of crop growth to N fertilization under present conditions. According to the simulation runs, if a cultivar was adapted to the length of the growing period, the increase in dry matter production was 23% in a low estimate scenario of climate change, and 56% in a high estimate scenario under a high level of nitrogen fertilization. The simulation study showed that the shoot dry weight increased by 43%, on average, under high N fertilization (150-200 kg N/ha), but by less (20%) under a low level of N (25-50 kg N/ha) when the conditions under a central scenario for the year 2050 were compared with the present ones.