Eine verbesserte Modellierung der Kohlenstoffassimilation und des Pflanzenwachstums bei niedriger Bodenfeuchte erfordert die Bewertung der zugrunde liegenden Mechanismen im Boden, in den Wurzeln und in den Trieben. Die Rückkopplung zwischen Pflanzen und ihrer lokalen Umgebung im gesamten Spektrum Boden-Wurzel-Spross-Umwelt ist entscheidend, um die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Pflanzenentwicklung genau zu beschreiben und zu bewerten. Renato Braghiere und Kollegen anwesend ein 3D-Funktionsstruktur-Pflanzenmodell, in dem Spross- und Wurzelwachstum durch Strahlungsübertragung, Photosynthese und Bodenhydrodynamik angetrieben werden durch verschiedene Parametrisierungsschemata in Bezug auf Bodenwasserdefizit und Kohlenstoffassimilation. Das neue gekoppelte Modell wird verwendet, um den Einfluss der Verfügbarkeit von Bodenfeuchte auf die Pflanzenproduktivität für zwei verschiedene Gruppen von Blütenpflanzen unter verschiedenen räumlichen Konfigurationen zu bewerten.

Um verschiedene Aspekte der Pflanzenentwicklung aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Bodenwasser zu berücksichtigen, konstruierten die Autoren ein 3D-FSP-Modell, das Wurzel, Spross und Boden umfasste, indem sie drei verschiedene gut etablierte Modelle von luftgetragenen Pflanzen, Wurzelarchitektur und reaktivem Transport in der Luft verknüpften Boden. Verschiedene Parametrisierungsschemata wurden verwendet, um die Photosyntheserate mit der Wurzelwasseraufnahme innerhalb des gekoppelten Modells zu integrieren. Das Verhalten des Modells wurde dahingehend bewertet, wie das Wachstum von zwei verschiedenen Pflanzentypen, dh einkeimblättrigen und zweikeimblättrigen Pflanzen, durch Bodenwassermangel unter verschiedenen Konkurrenzbedingungen beeinflusst wird: isoliert (keine Konkurrenz), intra- und interspezifische Konkurrenz.

„Dieses neue gekoppelte Modell trägt zu der ständigen Herausforderung bei, Modelle mehrerer Pflanzen- und Bodenkompartimente effizient zu koppeln, und stellt im Gegensatz zu anderen Modellen der gleichen Art einen exklusiven Ansatz dar“, sagen Braghiere und Kollegen. „Zum Beispiel wurden in vielen früheren Arbeiten zum Mischfruchtanbau Modelle verwendet, die die Lichtumgebung ignorierten, Berücksichtigung nur der Bodenressourcen, während andere Modelle speziell für den Zwischenfruchtanbau entwickelt können leichte Umwelt- und Bodenressourcen (z. B. Wasser und Stickstoff) berücksichtigen, aber so konzipiert sein, dass sie in sehr unterschiedlichen Maßstäben funktionieren.

„Das Potenzial dieses neuen gekoppelten Modells hängt mit seiner Verwendung als Werkzeug für die Entwicklung und Prüfung von Konzepten sowie die Vorhersage von Mechanismen und Trends zusammen an Einzelkulturen, Monokulturen oder Mischkulturen. Das Modell kann weiter auf verschiedene Phänotypen erweitert werden, indem die Genotypleistung basierend auf gemessenen Wurzel-/Spross-Phänotypen geschätzt wird.“