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In der vorliegenden Arbeit erfolgte sowohl eine Analyse als auch eine Weiterentwicklung des Agrarökosystemmodells MONICA (Model for Nitrogen and Carbon in Agro-ecosystems) für Anwendungen im Rahmen des Energiepflanzenanbaus. Grundlage der Modellanalyse bildeten Sensitivitätsanalysen der Modellparameter mit jeweils unterschiedlichen Fragestellungen. Es wurde eine Methode implementiert, die für die effiziente Durchführung von Sensitivitätsanalysen für komplexe dynamische Ökosystemmodelle mit umfangreicher Parameteranzahl entwickelt wurde. Mittels der Sensitivitätsanalyse wurden sowohl für eine Modellkalibrierung relevante Parameter identifiziert als auch das Verhalten des Modells analysiert. Dazu wurden die Morris- und die Extended FAST-Methode miteinander kombiniert. Eine eigenständige Implementierung der beiden Methoden ermöglichte die Parallelisierung der Modellberechnungen und die Ausführung auf einem Computer-Cluster. Im ersten Schritt der Sensitivitätsanalyse erfolgte eine Analyse und ein Vergleich der Parametersensitivität für verschiedene Fruchtarten. Anschließend wurden diejenigen Parameter identifiziert, die für einzelne pflanzen- und bodenspezifische Modelloutputs sensitiv waren. In einer zusätzlichen Sensitivitätsanalyse wurde die Variabilität der Parametersensitivität hinsichtlich einzelner Modelloutputs in Abhängigkeit von der Simulationszeit untersucht. Darauf aufbauend wurde der Anwendungsumfang des Modells für die Simulation von Energiepflanzen durch fruchtartenspezifische Optimierung der Parameter erweitert. Dafür wurde ein allgemeiner Ansatz entwickelt, der eine Kalibrierung von MONICA unter Verwendung einer eingeschränkten Datenbasis ermöglichte. Für die entwickelten Modellparametersätze der untersuchten Fruchtarten erfolgte eine Validierung an unabhängigen Daten. Es wurde gezeigt, dass für die neuen Energiepflanzen mit MONICA sowohl eine gute Abbildung der Ertragsbildungs- als auch der Bodenwasserdynamik erzielt wird. Abschließend erfolgte eine theoretische Untersuchung verschiedener Ansätze zur Modellvereinfachung und deren Anwendbarkeit in MONICA. Zum einen wurden Ansätze zur Verbesserung des Quellcodes analysiert, die auf eine Verbesserung der Nutzung und Weiterentwickelbarkeit des Modells abzielten. Zum anderen wurden Möglichkeiten zur Vereinfachung der Modellanwendung durch Reduktion des Modellfunktionsumfangs vorgestellt.