Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Model Daisy (na podstawie pracy Hansen S. 2002. Daisy, a flexible Soil-Plant-Atmosphere system Model. The Royal Veterinary- and Agricultural University.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Model Daisy (na podstawie pracy Hansen S. 2002. Daisy, a flexible Soil-Plant-Atmosphere system Model. The Royal Veterinary- and Agricultural University."— Zapis prezentacji:

1 Model Daisy (na podstawie pracy Hansen S Daisy, a flexible Soil-Plant-Atmosphere system Model. The Royal Veterinary- and Agricultural University. ftp/DaisyDescription.pdf.)http://www.dina.kvl.dk/~Daisy/ Podstawy funkcjonowania i wykorzystanie modelu Dr hab.inż. Bogdan Kulig, prof. UR

2 Ocena (walidacja) działania modeli Porównanie symulacji wykonanych przy pomocy różnych modeli w tych samych warunkach siedliskowych Porównano wyniki symulacji uzyskane przez 19 uczestników warsztatów modeleowanie agroekosystemów. Mimo że wszystkie modele były stosowane w odniesieniu do tego samego zbioru danych, wyniki różnią się znacząco. Z uzyskanych wyników można wnioskować, że istotne jest doświadczenie naukowca stosujacego model, jak różnica między poszczególnymi podejściami modelu. Tylko jeden model umożliwiał symulację wszystkich głównych procesów takich jak dynamika zmian zawartości wody, wzrost roślin i dynamiki przemian azotu o takiej samej jakości, inni były w stanie odtworzyć procesy w ujęci dynamicznym tylko cześciowo (Diekkrügeri in., Ecological Modelling 1995)

3 Twórcy modelu Model Daisy został opracowany w drugiej połowie lat 80-tych XX w. na Królewskim Uniwersytecie Weterynarii i Rolnictwa w Kopenhadze. W następnych latach był rozbudowywany i ulepszany zgodnie z aktualnym stanem wiedzy. Obecna wersja została skonstruowana w języku C++.

4 Ogólna struktura modelu Model Daisy składa się z trzech głównych modułów: 1.Części klimatycznej, 2.Części roślinnej - wegetacji (opisującej wzrost i rozwój roślin) 3.Części glebowej - charakteryzującej przemiany zachodzące w glebie. Model opisuje między innymi procesy obiegu wody, węgla i azotu w agroekosystemie. Dodatkowo do obliczeń może być włączany moduł określający wymywanie pestycydów

5 Macropores Pestycydy Macropores Azotany Macropores Jon amonowy Macropores Materia organiczna Macropores Ciepło faza stała makropory Woda Gleba pobranie rozkład sorpcja transport Wymiana fazowa Klimat SVAT Promieniowanie Intercepcja Gromadzenie śniegu Wegetacja Wzrost Fotosynteza Oddychanie Pobieranie DAISY Simulation Model Kolejne warstwy Dane glebowe Dane o przebiegu wegetacji Dane pogodowe Dane agrotechniczne

6 Agrochemikalia Model może uwzględniać następujące procesy związane z transportem i przekształcaniem substancji chemicznych (np. pestycydów): wykorzystanie/zatrzymanie przez łan roślin, zmywanie z roślin przez wodę opadową, degradacja w łanie roślin, sorpcja w glebie, degradacja w glebie, opisywana jako proces determinowany przez temperaturę gleby i zawartość wilgoci w glebie oraz przez biologiczną aktywność gleby jak funkcję produkcji CO2. bierne pobieranie wraz z wytranspirowaną wodą. Dla każdego związku chemicznego wprowadzanego do modelu symulacyjnego musi być wprowadzone opis charakteryzujący wybrany proces oraz parametry wykorzystywane w obliczeniach.

7 Zabiegi agrotechniczne Technologia uprawy w odniesieniu do pola i rośliny obejmuje szereg czasowy poszczególnych zabiegów. Głównymi zabiegami uwzględnianymi w modelu są: sposób uprawy roli, nawożenie, siew, zbiór, nawadnianie, opryskiwanie.

8 Uprawki Uprawki charakteryzowane są przez głębokość oddziaływania narzędzia na glebę oraz fakultatywnie przez ilość materii organicznej pozostającej na powierzchni gleby i inkorporowanej do gleby w wyniku zastosowanego zabiegu. Dodatkowo musi być wyszczególniany sposób mieszania gleby tj. całkowite mieszanie się górnej warstwy gleby lub wymiana pomiędzy dwoma warstwami. Biblioteka modelu zawiera pięć standardowych sposobów uprawy roli, ale użytkownik może wprowadzić do modelu parametry dla innych zabiegów. Ujęte w modelu zabiegi uprawowe to: orka - jest opisywana jako wymiana większej niż 9 cm warstwy roli z warstwą znajdującą się poniżej (9-18 cm). Po zabiegu, zawartość wody, azotu i materii organicznej będzie obliczana jako średnia w każdej z dwu warstw i dolna warstwa będzie umieszczana na górze; brona rotacyjna - zabieg obejmuje całkowite mieszanie górnej 15 cm warstwy roli; brona telerzowa - całkowite wymieszanie górnej 10 cm warstwy roli i inkorporacja do gleby 80 % materii organicznej; kultywator podorywkowy - całkowite mieszanie górnej 10 cm warstwy roli i inkor- poracja do gleby 60 % materii organicznej; przygotowywanie roli do siewu - całkowite mieszanie górnej 10 cm warstwy roli.

9 Nawożenie Nawożenie może być stosowane w postaci nawozów organicznych albo mineralnych. Nawozy organiczne (naturalne) są charakteryzowane przez zawartość suchej masy, zawartość azotu i węgla w suchej masie, cześć azotu w postaci amonowej, ilość azotu (w %) ulatniającego się do atmosfery w trakcie stosowania w postaci amoniaku oraz wielkość dawki (ton świeżej masy na ha). Nawozy mineralne (azotowe) są charakteryzowane przez: określenie części azotu w postaci amonowej, ilości azotu ulatniającego się do atmosfery w trakcie stosowania w postaci amoniaku, wielkość zastosowanej dawki (kg N ha- 1)

10 Gatunki roślin Obecnie biblioteka modelu zawiera parametry dla 12 gatunków roślin uprawnych (pszenica ozima, pszenica jara, jęczmień ozimy, jęczmień jary, żyto, rzepak ozimy, rzepak jary, kukurydza, groch, ziemniak, burak cukrowy, trawy). Zostały one określone w oparciu o dane roślin uprawianych w północnej Europie. Z tego względu powinno się je ostrożnie używać w innych warunkach agroklimatycznych. Parametry roślinne mogą w tym przypadku wymagać ponownej kalibracji.

11 Weather Data – Daily Values Dane pogodowe-wartości dzienne Minimalne dane pogodowe (równanie Makkinka) – Promieniowanie słoneczne –Temperatura –Opady Dane dodatkowe – Ewapotranspiracja wskaźnikowa Pełne dane pogodowe (FAO-Penman-Montheith) –Promieniowanie słoneczne –Temperatura powietrza –Wilgotność –Prędkośc wiatru –Opady

12 Weather Data – Hourly Values Dane pogodowe – wartości godzinowe Pełne dane (dla nielicznych roślin – Shuttleworth & Wallace) –Promieniowanie słoneczne –Temperatura powietrza –Wilgotność –Prędkośc wiatru –Opady Dane dodatkowe – Ewapotranspiracja wskaźnikowa

13 Opady&Nawadnianie Okrywa śnieżna Intercepcja wody Śnieg Rain fall Woda zatrzymana na powierzchni PercolationOpad Infiltration Parowanie gleby Transpiracja Parowanie Perkolacja Soil water Podsiąk kapilarny

14 Zbiór Zbiór roślin może być symulowany zgodnie z datą wyszczególnioną przez użytkownika albo przy określonym stadium roślin, np. w czasie dojrzałości pełnej (model określa prawdopodobny termin zbioru). Ponadto udział innych części roślin, tj. organów użytkowych, liści, łodyg zbieranych z pola w czasie żniw, może być wyszczególniany razem z wysokością pozostającego ścierniska. Resztki pożniwne pozostające na polu będą przyorane jako materia organiczna podczas następnych uprawek.

15 Dane wyjściowe z modelu Standardowy plik jest dostarczany z modelem i zawiera następujące opcje: "Weather " : dzienne dane dotyczące Ep, Rn, Ta; " Root Zone Water Balance " : dzienny bilans wody glebowej (do głębokości 1 m ); " Surface Water Balance ": dzienny powierzchniowy bilans wodny; " Soil Water Potential " : dzienne wartości potencjału glebowego w każdym punkcie węzłowym; " Groundwater ": dzienne zmiany lustra wody gruntowej; " Soil Temperatur ": dzienna temperatura gleby w każdym punkcie węzłowym " Bioclimate ": godzinowy bilans cieplny i bilans wodny na powierzchni roli; " Crop Production": dzienny przyrost stadium rozwojowego, gromadzenie suchej masy i azotu; " Vegetation " : dzienne dane o stanie wegetacji; " Harvest" : termin zbioru dla każdej rośliny i każdego roku; " N Balance": dzienny bilans N glebowego (dla 1 m głębokości); " Soil Nitrate Concentration" : dzienne wartości koncentracji NO3- w każdym punkcie węzłowym; " Total Soil Content" ; dzienna zawartość materii organicznej, C i N w profilu glebowym w poszczególnych warstwach : " cm " ; "10-20 cm " ; " cm "; " cm "; " cm "; " cm "; " cm "; " cm "; " cm "; " cm ". " Surface Chemicals" : dzienny bilans substancji chemicznych na powierzchni gleby i łanu; " Soil Chemicals " : dzienny bilans substancji chemicznych w profilu glebowym ( do 1 m głębokości).

16 Ocena modelu Model ten określany jest jako jeden z pięciu najlepszych modeli symulujacych przemiany materii organicznej w glebie. Olsen i in. (2004) wykorzystali model Daisy do określania zmian klimatu na emisje gazów cieplarnianych z użytków rolnych z uwzględnieniem róznych płodozmianów. Kristensen i Nielsen (1998) wykorzystywali model Daisy do symulacji dostępności mineralnych form azotu dla roślin następczych w zależności od uprawianego międzyplonu, zasięgu systemu korzeniowego rośliny następczej oraz rodzaju gleby i warunków klimatycznych.

17

18 Przykład graficznego ujęcia dynamiki zmian zawartości azotanów w 27,5 cm warstwie gleby w latach (Daisy v. 4.57)

19 Ewapotranspiracja W zależności od zakresu danych meteorologicznych, jakimi dysponuje użytkownik programu ewaptranspiaracja obliczana jest na podstawie równania Penmana-Monteitha lub Makkinka. Ponadto preferencyjny transport wody i substancji rozpuszczonych może być opisywany poprzez chwilowe wyznaczanie tras wody i substancji rozpuszczonych od miejsca, gdzie ciśnienie przewyższa zdefiniowaną przez użytkownika granicę do punku, w którym kończy się frakcja ścieżek przepływu preferencyjnego.

20 Evapotranspiracja potencjalna współczynniki roślinne ewapotranspiraja wskaźnikowa współczynniki roślinne w funkcji czasu (Feddes, 1987) współczynniki roślinne jako funkcja fazy rozwojowej (Allen i in. 1998) Daisy

21 Współczynniki roślinne, k c (Feddes, 1987) Miesiąc MajCzerwiecLipiecSierpień Dekada Trawa1.0 Zboża Kukurydza Ziemniak Burak Ruń o wysokości 5-15 cm (dla cm, k c =1.1)

22 Transport wody Ogólny schemat obliczania transportu wody i substancji rozpuszczonych w roztworze przedstawia ryc. 33. Komponent snow – śnieg opisuje akumulację śniegu i jego tajanie jako funkcję opadu deszczu/śniegu, temperatury powietrza, promieniowania całkowitego oraz przepływu ciepła przy powierzchni ziemi. Albedo i gęstość pokrywy śniegowej jest funkcją tzw. wieku śniegu. Wszystkie parametry wymagane do uruchomienia przez model modułu "śnieg" są fakultatywne, tzn. że jeżeli użytkownik nie zna ich rzeczywistej wielkości model przyjmuje parametry domyślne.

23 Okrywa śnieżna lódwoda Topnienie Zamarzanie Opady Perkolacja Opad deszczuOpad śniegu Sublimacja Ewaporacja

24 Woda w glebie Transport wody w glebie obliczony jest na podstawie równania Richardsa, które wymaga danych opisujących krzywą retencji i przewodnictwa hydraulicznego dla poszczególnych warstw profilu glebowego. W przypadku nie znalezienia właściwego rozwiązania za pomocą numerycznego rozwiązania równania Richardsa, przepływ wody w glebie obliczany jest w oparciu o równanie Darcyego.

25 Przepływ wody Woda glebowa: θ, h, K przepływ, q pobraniePobranie przepływ, q

26 Warstwa wodonośna Warstwy słabo przepu- szczalne L x d KaKa KbKb KsKs Perkolacja q h odpływ drenarski Gleba nasycona Strefa nienasycona Głęboka percolacja GWT

27 Harvest fotosynteza oddychanie Plon Soil Carbon Inkorporacja resztek pożniwnych Nawożenie organiczne Oddychanie mikrobiologiczne gleby Węgiel w roślinie Węgiel w glebie Obieg węgla w modelu Daisy

28 AOM SMB SOM N N C Trudno rozkładalna C C C N N C-AOM1 C-SOM1 C-SOM2 NN NH 4, NO 3 C-AOM2 CO 2 C-SMB2 Strukturalna Metaboliczna C-SMB1

29 Obieg azotu NH 4 + NO 3 - Nitrifikacja Nawożenie + Atm. Depo Org-N N w roślinie Pobranie ZbiórImmobilizacjaPobranieDenitryfikacjawymywanieWymywanieUlatnianie Mineralizacja netto Resztki poż.+ Depozyt glebowy Nawożenie (Materia org.) Nawożenie + Atm. Depo.

30 Azot w glebie NH 4 + NO 3 - Nitrifikacja N-org. N-korzenie Pobranie Immobil. NH 4 + TransportNO 3 - Transport Mineralizacja netto Pobranie NO 3 - Transport Denitrifikacja Depozyt korzeniowy NH 4 + Transport

31 Daisy Crop Model Oddychanie wzrostowe konwersja zamieraniekonwersja Łodygi Organy użytkowe KorzenieLiście Resztki korzeniowe Resztki liści zamieranieh Rozdział asymilatów(DS) dostępność Pula asymilatów CO 2 2 Fotosynteza CO ŚwiatłoTemperatura Czynniki stresowe Structura łanu Zamieranie Wiele parametrów w funkcji fazy rozwojowej (DS)

32 Faza rozwojowa/Development stage (DS) Fazy DS – Faza wschodów (siew /sadzenie-wschody ) DS od –1 do 0 –Fazy wegetatywne DS od 0 do 1 – Fazy generatywne DS od 1 do 2

33 (DS) Faza wschodów Model sumy temperatur Parametry –Glebowy próg termiczny –Temperatura gleby i suma temperatury gleby w okresie wschodów

34 Development stage (DS) Faza rozowju wegetatywnego Model sumy temperatur Domyślne parametry modelu Tempo rozwoju [day -1 ] Wpływ temperatury Reakcja fotoperiodyczna

35 Development stage (DS) Reproductive phase Temperature sum model Default model –Parameters Development rate [day -1 ] Temperature effect

36 Fotosynteza Light Distribution –Leaf area distribution of individual crops –Composite canopy –Distribution of absorbed PAR Beers law –Partitioning of distributed absorbed PAR among crops

37 Crop Photosynthesis Krzywa raekcji na natężenie światła – intensywność absorpcji PAR, S a –Wpływ temperature –zamieranie –Stres wodny i azotowy

38 Fotosynteza łanu –integracja – gdzie L to zakumulowany LAI od góry do spodu łanu

39 Oddychanie bytowe –korzenie –liście –łodygi –organy zapasowe Całkowite oddychanie łanu

40 Rozdział asymilatów Alokacja asymilatów do: korzeni liści łodyg organów zapasowych Grain Root Shoot Leaf Stem

41 Oddychanie wzrostowe Efektywność konwersji Growth respiration (CO 2 -evolution) Simple biochemical analysis (Vertregt & Penning de Vries, 1987) Leaf Stem

42 LAI Masa liści SLA/Specific leaf area/ powierzchnia właściwa liści Współczynnik modyfikujący LAI (zależny od DS)

43 Azot w roślinie Maksymalna zawartość N Krytyczna zawartośc N Minimalna zawartość N

44 Ćwiczenia z modelem Daisy (model dostępny na komputerach w sali komputerowej nr VII)

45 Uwagi ogólne uwaga: ćwiczenia przykładowe w oryginalnym modelu mają błędy składniowe i często nie można wykonać symulacji dlatego proponuję pobrać sprawdzone przez wykładowcę pliki ćwiczeń. Pliki ćwiczeniowe należy pobrać i umieścić np. w katalogu exercises W każdym pliku należy zmodyfikować w edytorze tekstu np. TextPad nagłówek – tak aby zawierał właściwą ścieżkę dostępu do programu głównego, biblioteki i plików symulacyjnych (ćwiczeń) – patrz przykład poniżej – program znajduje się na dysku i: (poprawić odpowiednią scieżkę w wierszu 5 i 7) ;; Setting "working directory" ;; Daisy writes a Daisy.log-file during execution. ;; This log-file contains any error messages ;; If the working directory is set correctly the log-file will be found here (directory "i:/Program files/Daisy 4.57") ;; Setting search path for library-files (path "." "i:/Program files/Daisy 4.57/Lib" "i:/Program files/Daisy 4.57/exercises")

46 Poprawione pliki ćwiczeniowe: Pobierz i wypakuj poniższy plik oraz zmodyfikuj wg wskazówek na poprzednim slajdzie Exercise01.zip Opis ćwiczeń 1-12

47 Po uruchomieniu programu, z menu File wybieramy Open setup a następnie odpowiedni plik ćwiczeniowy z rozszerzeniem *.dai -

48 Pliki znajdują się w zapisanym wcześniej katalogu: przykładowe okienka programu

49 Po wczytaniu odpowiedniego pliku, w którym zapisano warunki symulacji z zakładki File uruchamiamy symulację wybierając RUN. Jeżeli wszystko zostało wykonane poprawnie i składnia pliku nie zawiera błędów na monitorze obserwujemy postęp symulacji.

50 Po zakończeniu symulacji możemy przeglądać plik wyściowy z modelu – daisy.log w katalogu roboczym – jest plikiem tekstowym do odczytania za pomocą notatnika lub edytora tekstu

51 Wykresy Pliki wyjściowe z modelu z rozszerzeniem *.dlf (znajdują się w katalogu roboczym) można konwertować do postaci graficznej za pomocą nakładki: ShowDaisyOutput.exe Do pobrania ze strony modelu Daisy

52 Przykładowy wykres z modelu


Pobierz ppt "Model Daisy (na podstawie pracy Hansen S. 2002. Daisy, a flexible Soil-Plant-Atmosphere system Model. The Royal Veterinary- and Agricultural University."

Podobne prezentacje


Reklamy Google