Růstové modely a agrometeorologický monitoring

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Růstové modely a agrometeorologický monitoring 9. 12. 2013"

Marian Rohla
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Růstové modely a agrometeorologický monitoring Inovace studijních programů AF a ZF MENDELU směřující k vytvoření mezioborové integrace CZ.1.07/2.2.00/ Tato prezentace je spolufinancovaná z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky

2 Růstové MODELY

3 Základní pojmy SYSTÉM - část reality, složená z propojených částí MODEL zjednodušený pohled na systém SIMULACE výpočet výstupních parametrů na základě definovaných vstupů

4 Růstové (simulační) modely Software Integrují dílčí modely simulující fyziologické pochody (fotosyntéza, průběh fenologických fází, translokace asimilátů) Schopné do jisté míry předpovídat (např. výnos, množství biomasy)

5 Příklad systému Evaporace Srážky,závlaha Sací síla půdy Půdní vláha Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Larcher, 2003, 4-26 Růstová respirace Kořeny

6 Produkční úrovně Evaporace Srážky,závlaha Sací síla půdy Půdní vláha Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Růstová respirace Kořeny Potenciální výnos!

7 Produkční úrovně Evaporace Srážky,závlaha Sací síla půdy Půdní vláha Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Růstová respirace Kořeny Vodou limitovaný výnos

8 Produkční úrovně Evaporace Srážky,závlaha Sací síla půdy Půdní vláha Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Růstová respirace Kořeny Vodou a živinami limitovaný výnos = dosažitelný výnos

9 Produkční úrovně Evaporace Srážky,závlaha choroby a škůdci Sací síla půdy Půdní vláha mikroprvky a další živiny Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje chyby agrotechniky LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Růstová respirace Kořeny Reálný výnos

10 Systémový přístup Zemědělská krajina i jednotlivý pozemek je příkladem komplexního řízeného systému Radiace, CO2, H2O Teplota, Vítr Vlhkost vzduchu O2, H2O Transpirace Ovlivnění růstu a vývoje H2O Příjem vody kořeny H2O kořenová zóna H2O H2O

11 Vývoj růstových modelů První vize v 60. letech Dnes stovky modelů Např. CERES, WOFOST, STICs, CROPSYST, SWAP, DAISY, APSIM, GRAM

12 Růstové (simulační) modely Prosté regresní modely Minimalistické modely Dynamické růstové modely

13 Prosté regresní modely První krok při zkoumání systému Hledání nejvýznamnějších proměnných (např. srážky, globální radiace, dusík ) Umožňují identifikovat nejvíce limitující faktory a odhadnout jejich optimální hladinu Nenáročné na vstupní data a výpočetní techniku Nezohledňují vazby mezi jednotlivými parametry Obtížně zoobecnitelné nad úroveň lokality NEJSOU skutečným modelem systému!

14 Hledání dominantní veličiny Evaporace Srážky,závlaha? Sací síla půdy Půdní vláha Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Růstová respirace Kořeny

15 Modely sdružující více proměnných

16 Zákon minima v praxi např. Rainfall Reliability Wizard CSIRO Austrálie Omezeno na stanovení pravděpodobnosti výskytu základních klimatických podmínek

17 Hledání klíčových vazeb minimalistické modely Evaporace Srážky,závlaha Sací síla půdy Půdní vláha Transpirace Záření Teplota N listy Fotosyntéza Rychlost vývoje LAI Dělení asimilátů Vývojová fáze Listy Asimiláty Biomasa Stonek Produkt Udržovací respirace Růstová respirace Kořeny

18 Minimalistické modely Umožňují sestavit empirický model věrně popisující chování systému v určitém rozsahu vnějších podmínek. Kombinují nejvýznamnější proměnné (např. srážky, globální radiace, dusík ) Umožňují identifikovat a integrovat všechny významné limitující faktory a odhadnout jejich optimální hladinu Náročnější na vstupní data a statistický software Pouze částečně zobecnitelné nad úroveň lokality kde byly kalibrovány. Jsou spíše popisem systému než skutečným modelem!

19 Minimalistické modely Případová studie - Rakousko

20 Minimalistické modely Zadání: Sestavit model pro monitoring výnosu luk a pastvin pro území Rakouska Aplikovatelný v GIS Během 24 měsíců

21 Minimalistické modely

22 Minimalistické modelykalibrace na 15 lokalitách

23 Prostorová analýza Odhad výnosů pro území Rakouska v extrémně suchém roce 2003

24 Minimalistické modely Dobře popisují systém ALE pouze v případě že se pohybuje v rozmezí podmínek pro něž byl kalibrován. Omezená vysvětlující schopnost Přes všechna omezení a necnosti se často jedná o jedinou schůdnou variantu z důvodu: času dostupnosti dat finančním prostředkům přáním zadavatele.

25 Dynamické růstové modely Snaží se postihnout klíčové složky systému Rostlina-PůdaAtmosféra Popis vazeb mezi jednotlivými součástmi systému koresponduje s realitou jde o funkční nikoliv empirické propojení. Simulují procesy odehrávající se v modelovaném systému v časové posloupnosti tak jak se odehrávají v realitě. Umožňují správně odpovědět na otázky typu CO se stane KDYŽ.? V zásadě přenositelné mezi lokalitami bez nutnosti zdlouhavé kalibrace a evaluace Mimořádně náročné na vstupní data často problematická kalibrace a evaluace. Komplexnost systému vede k nepohodlné obsluze často pouze autor modelu ví jak s ním pracovat..

26 Systémový přístup Řešení praktických problémů Výzkum Vývoj/Inovace modelu Výzkumná práce Model Řízení/ Management/ Podpora rozhodování Lepší?? Simulace porozumění problému Testování výsledků Aplikace/ Analýza

27 Modelová vs. experimentální produkce sójy USA - Florida výnos kg/ha Gainesville, FL 1978 Yield den v roce výnos - závlaha Biomasa-závlaha Biomasa-bez závlahy výnos bez závlahy

28 Modely řady CERES = prostředí sdružující DATABÁZE, MODELY a ANALÝZY DATABÁZE: - Počasí - Půda - Plodina - Agrotechnika

29 Modely řady CERES

30 Modely řady CERES Ukázka formátu vstupních dat

31 Modely řady CERES Ukázka formátu výstupních dat

32 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen

33 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen

34 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen

35 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen všechna dostupná data - Výnos

36 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen

37 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen

38 Validace růstových modelů v ČR - jarní ječmen

39 Dopady změny klimatu (např. pšenice ozimá)

40 Aplikace růstových modelů - precizní zemědělství simulovaný výnos Predicted 96 Yield1996 (kg/ha) kg/ha Measured 96 Yield (kg/ha) skutečný výnos 1996 kg/ha E E 4200 A. Irmak et al., 2000 University of Florida

41 Aplikace růstových modelů - precizní zemědělství skutečný výnos 1998 kg/ha Observed 98 Yield (kg/ha) simulovaný výnos 1998 kg/ha Predicted 98 Yield (kg/ha) E E A. Irmak et al., 2000 University of Florida

42 Aplikace růstových modelů - optimalizace hnojení dávka Nitrogen Rate dusíku (kg/ha) Northing (m) Easting (m) N

43 Aplikace růstových modelů - optimalizace hnojení čistý zisk Net Return ($/ha) Northing (m) N Easting (m)

44 zisk $/ha Aplikace růstových modelů - optimalizace zisku D áv k a N hn oj iv a (k g/ ha ) m se u t a D tí From F. S. Royce

45 Aplikace růstových modelů -Využití ve výzkumu -Popis fyziologických procesů, šlechtění, simulace polních pokusů -Využití v praxi (pomoc při rozhodování) -Zavlažování, hnojení, ochrana, optimalizace osevního postupu, apod. -Při hodnocení ekonomické efektivnosti -Při výuce -Při dlouhodobém plánování -V lesnictví, hydrologii apod.

46 Nedostatky růstových modelů -Model je zjednodušením reality -Časový krok (např. 1 den vs. Průběh fotosyntézy) -Nedokonalá parametrizace (nedostatek přesných informací o některých procesech) -Nedostatek dat (něco se jen odhaduje) -Neznáme některé procesy (např. regenerace)

47 Děkuji za pozornost a přeji pěkný den

Podobné dokumenty

Od procesů k systému...cesta tam a zase zpátky. aneb JAK VLASTNĚ ROSTE ROSTLINA?

Od procesů k systému...cesta tam a zase zpátky. aneb JAK VLASTNĚ ROSTE ROSTLINA? Od procesů k systému.....cesta tam a zase zpátky aneb JAK VLASTNĚ ROSTE ROSTLINA? 1. a globální radiace 1. a globální radiace Larcher, 2003, 2-29 1. a globální radiace Larcher, 2003, 1-25;1-26 2. a vliv