The effect of the function type for describing the soil buffer power on calculated ion transport to roots and nutrient uptake from the soil

Abstract

The relationship between amount of a nutrient in soil and its concentration in solution, the buffer curve, is usually non-linear. However, most models that calculate nutrient transport in the soil and nutrient uptake by the plant often assume a linear buffer curve because of simpler programming. In this paper a model is presented that uses the Freundlich function to describe the non-linear buffer curve in the soil. It has been shown that calculated uptake and depletion curves were not influenced by the shape of the buffer curve. In a sensitivity analysis the buffer capacity, soil solution concentration, soil water content, soil impedance factor, maximum influx and the curvature of the Freundlich function were varied and the influence on calculated uptake was studied. The buffer capacity in general had a minor influence and the linearity or non-linearity of the buffer capacity had under no circumstances an influence on calculated uptake. Thus, the use of a linear buffer curve in transport models does not lead to a significant error in the results. Der Einfluss des Funktionstyps zur Beschreibung der Bodenpufferung auf den berechneten Ionentransport zur Wurzel und die Nährstoffaufnahme aus dem Boden Die Beziehung zwischen der gesamten Menge eines Nährstoffes im Boden und seiner Konzentration in der Bodenlösung (Pufferkurve) ist normalerweise nicht linear. Dennoch gehen die meisten Modelle zur Berechnung des Nährstofftransportes zur Wurzel und der Nährstoffaufnahme von einer linearen Pufferung aus, da die mathematische Umsetzung wesentlich einfacher ist. In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt, in dem eine Freundlich-Funktion zur Beschreibung der nichtlinearen Pufferung genutzt wird. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung linearer bzw. nichtlinearer Pufferkurven keinen Einfluss auf die Berechnung der Nährstoffaufnahme und der Verarmungsprofile um die Wurzel hatte. In einer anschließenden Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss der Pufferkapazität, der Ionenkonzentration in der Bodenlösung, des Bodenwassergehaltes, des Widerstandsfaktors, der maximalen Aufnahmerate und der Krümmung der Freundlich-Funktion auf die berechnete Nährstoffaufnahme untersucht. Die Bedeutung der Pufferung war generell gering und die gewählte Form der Pufferkurve hatte unter keinen Umständen einen Einfluss auf die Rechenergebnisse. Die Annahme einer linearen Pufferkurve in den Modellen führt also nicht zu nennenswerten Fehlern bei der Berechnung des Nährstofftransportes oder der Nährstoffaufnahme.