title: Μοντελοποίηση των λειτουργιών του δασικού οικοσυστήματος του σταθμού eLTER Zöbelboden στην Αυστρία
title: Modeling the forest ecosystem functions at the eLTER site Zöbelboden, Austria
Creators: name: Κουκιανακη Ευαγγελια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί στην μελέτη του εδάφους, της δομής, των λειτουργιών και των αλληλεπιδράσεών του εντός της κρίσιμης ζώνης της Γης. Το έδαφος όντας οικοσύστημα, προσφέρει πλήθος υπηρεσιών όπως η μεταφορά νερού και θρεπτικών συστατικών, η αποθήκευση οργανικής ύλης, η παραγωγή βιομάζας και τροφίμων, η διατήρηση της βιοποικιλότητας κ.α. Η παρούσα πτυχιακή εργασία αποτελεί εργαλείο ανάλυσης, μοντελοποίησης και προσομοίωσης των εδαφικών λειτουργιών του δασικού οικοσυστήματος Zöbelboden σε επίπεδο είδους δέντρου (Picea abies).
Κύριος σκοπός της εργασίας είναι η εύρεση παραγόντων που επηρεάζουν την Ακαθάριστη Πρωτογενή Παραγωγή (GPP, Gross Primary Production). Ο σκοπός επετεύχθη χρησιμοποιώντας το μονοδιάστατο μοντέλο ολοκληρωμένης κρίσιμης ζώνης (1D-ICZ, Integrated Critical Zone) το οποίο απαρτίζεται από 4 υπομοντέλα (HYDRUS-1D, CAST, PROSUM, SAFE). Καθένα από τα υπομοντέλα αυτά αρχικοποιήθηκαν και βαθμονομήθηκαν για τα χρονικά διαστήματα 2015-2019 και 1996-2020 χρησιμοποιώντας τις διαθέσιμες μετρήσεις του σταθμού eLTER Zöbelboden στην Αυστρία. Το μοντέλο προσομοίωσε επιτυχώς την παραγωγή της βιομάζας του είδους δέντρου Picea abies, την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών (C, N, K, P, Mg, Ca), τη δέσμευση άνθρακα σε όλη τη μάζα του εδάφους αλλά και στα κλάσματα συσσωματωμάτων, την μάζα των συσσωματωμάτων που είναι σταθερά στη διαβροχή (WSA, Water Stable Aggregates) και τέλος, τις διαλυτές ουσίες Ca2+, Κ+, Mg2+, Na+ και SO42⁻. Επίσης, μέσω του υπολογισμού του δείκτη ξηρασίας RDI (Reconnaissance Drought Index) προσδιορίστηκαν τα φαινόμενα ξηρασίας που εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια της 25ετίας (1996-2020) και διερευνήθηκε η επίδραση 1) της ξηρασίας στην GPP (απόκριση), 2) της ξηρασίας στην ανθεκτικότητα της GPP και 3) της αλλαγής της εδαφικής δομής (μέσω της προσθήκης κόμποστ) στην GPP. 
Η μελέτη οδήγησε στο συμπέρασμα πως η ξηρασία συσχετίζεται άμεσα με την GPP. Δηλαδή, όσο αυξάνεται η ένταση της ξηρασίας τόσο αυξάνεται η ανταπόκριση και η ανθεκτικότητα της GPP σ’ αυτή. Η προσθήκη εδαφοβελτιωτικού αύξησε απειροελάχιστα την ακαθάριστη πρωτογενή παραγωγή (GPP) και τη χρήση αποδοτικότητας νερού (WUE, Water Use Efficiency) ενώ δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές στην εδαφική υγρασία (soil moisture). Αντιθέτως, παρατηρήθηκε αύξηση του δεσμευμένου οργανικού άνθρακα και των υδατοσταθερών μακρο-συσσωματωμάτων (AC3). 

description: In recent years, a lot of emphasis has been given to soil, its structure, functions and interactions within the Earth’s critical zone. Soil is an ecosystem that offers plenty of services such as water and nutrient transport, organic matter storage, biomass and food production, maintenance of biodiversity etc. The present thesis is a tool for analysis, modelling and simulation of the Zöbelboden forest ecosystem soil functions at the level of tree type (Picea abies).
The thesis mainly aims to specify the factors that affect Gross Primary Production (GPP). The aim is achieved by using the one-dimensional Integrated Critical Zone Model (1D-ICZ) that consists of 4 sub-models (HYDRUS-1D, CAST, PROSUM, SAFE). Each sub-model has been set up and calibrated for the periods of time 2015-2019 and 1996-2020 by using the available data of the station eLTER Zöbelboden, Austria. The model has successfully simulated the biomass production of Picea abies, the nutrients uptake (C, N, K, P, Mg, Ca), the carbon fixation at the soil and the fractions of aggregates, the mass of water stable aggregates (WSA) and lastly, the solutes Ca2+, Κ+, Mg2+, Na+ και SO42⁻. Throughout the calculation of the Reconnaissance Drought Index (RDI) it was easy to define the drought phenomena that occurred during the 25year period (1996-2020) and also, to determine 1) the effect of drought to GPP (response), 2) the effect of drought to GPP’s resilience and 3) the effect of the change of soil structure (via compost addition) to GPP.
The conclusion that emerged from this study is that drought is directly linked to GPP. More specifically, as the severity of drought increases so does the GPP’s response and so does the GPP’s resilience. The compost addition has infinitesimally increased the Gross Primary Production (GPP) and Water Use Efficiency (WUE), while no changes in soil moisture were noticed. On the contrary, due to compost addition the fixated organic carbon and the water stable macro-aggregates (AC3) have been increased.