Kompiuteriniai modeliai ir

dirvožemis

Virmantas Povilaitis, Sigitas Lazauskas,

Šarūnas Antanaitis

2015 balandžio 10 d.

Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centras, Žemdirbystės institutas

Modelis, modeliavimas – kas tai?

• Modelis – tai analogas realiai

egzistuojančių arba įsivaizduojamų objektų, procesų, reiškinių.

• Modeliavimas - kūrimas modelių, kad būtų galima išnagrinėti arba ištirti objektus, procesus, reiškinius

Kokie modeliai gali būti? Objektų modeliai:

CO2 molekulės modelis

Reiškinių modeliai:

Procesų modeliai:

Modelių klasifikavimas: •Mokymosi, moksliniai – techniniai,

žaidybiniai, imitaciniai, bandymams skirti modeliai (aviacijos specialistų mokymas simuliatoriais ir t.t.).

• Biologiniai, ekonominiai, sociologiniai,

istoriniai .... modeliai (pensijų kaupimo modelis; vartotojų populiacijos augimas socialinis, ekonominis modelis);

Matematinis modelis

Šiuolaikinio matematinio modeliavimo metodologijos esmė yra tiriamo realaus objekto (proceso, reiškinio, sistemos) pakeitimas jo „atvaizdu“ – matematiniu

modeliu, o vėliau – virtualiuoju objektu

(matematinio modelio kompiuterine

realizacija).

Statiniai ir dinaminiai modeliai

• Statiniai modeliai perteikia vieną laiko momentą. Paprastai yra įvedama daug faktorių, o rezultatas būna vienas. Statiniuose modeliuose nėra naudojama sudėtingų ciklų ar etapų laike.

• Reiškiniams, kurie yra dinaminiai, t.y. laukui bėgant vystosi, kinta modeliuoti dažniausiai naudojama kompiuterinių matematinių modelių klasė – dinaminiai modeliai.

• Dinaminių modelių aprašuose be kintamųjų būsenos naudojami ir jų kitimo greičiai.

Modeliavimo problemos

• Modeliai – sudėtingos struktūros, dažnai skirtos ateičiai prognozuoti. Tad kaip tada įvertinti jų tinkamumą bei tikslumą pagal tai, ko dar nebuvo ir, gali būti, kad niekada nebus?

• Daugelis linkę aklai tikėti kompiuteriniais modeliais, kadangi jie sukurti skaitmenine forma, o kompiuteris pripažįstamas neginčijamu autoritetu.

• Mokslinis požiūris visada reikalauja modeliavimo rezultatus palyginti su tikrove, bet, ką daryti, jei tikrovė dar neatėjo? O jei ji jau atėjo, tai nebėra prasmės modelio testuoti.

Modelis “AgroMetShell 1.57”

Modelis “Powersim Constructor”

Vartotojo pasirinkimo laisvė dėl dirvožemio įvedimo į modeliavimo sąlygas.

Modelis “Tręšimo planas”

“Tręšimo planas” ir dirvožemis

Modelis DSSAT v4 (The Decision Support

System for Agrotechnology Transfer)

Modelio DSSAT v4.0.2.0 veikimo schema

Meteorologinės

sąlygos Dirvožemis Auginimo

technologija

Augalo

veislė

Įvestis

Modelyje integruotos lygtys skirtos skaičiuoti: •Vandens ir maisto medžiagų panaudojimui •Fotosintezei

•Kvėpavimui •Augimui ir vystimuisi

Išvestis Globaliniai

pokyčiai Rizikos

analizė

Tikslioji

žemdirbystė

Augalų fiziologiniai parametrai

Pasėlių produktyvumo

didinimas

Modelio DSSAT v4 dirvožemio įvestys

Modelio DSSAT v4 išvesties duomenų lapas *SIMULATION OVERVIEW FILE

*DSSAT Cropping System Model Ver. 4.0.2.000 Mar 27, 2015; 13:19:54

*RUN 1 : .N X VAR WAPIO, IBSNAT EX

MODEL : MZCER040 - MAIZE

EXPERIMENT : IBWA8301 MZ .N X VAR WAPIO, IBSNAT EXP.1983-4

TREATMENT 1 : .N X VAR WAPIO, IBSNAT EX

*SUMMARY OF SOIL AND GENETIC INPUT PARAMETERS

MAIZE CULTIVAR :990003-SHORT SEASON ECOTYPE :IB0001

P1 : 110.00 P2 : 0.3000 P5 : 680.00

G2 : 820.40 G3 : 6.600 PHINT : 38.900

*SIMULATED CROP AND SOIL STATUS AT MAIN DEVELOPMENT STAGES

RUN NO. 1 .N X VAR WAPIO, IBSNAT E

CROP GROWTH BIOMASS LEAF CROP N STRESS

DATE AGE STAGE kg/ha LAI NUM kg/ha % H2O N

------ --- ---------- ----- ----- ---- --- --- ---- ----

5 MAY 0 Sowing 0 0.00 0.0 0 0.0 0.00 0.00

5 MAY 0 Start Sim 0 0.00 0.0 0 0.0 0.00 0.00

6 MAY 1 Germinate 0 0.00 0.0 0 0.0 0.00 0.00

17 MAY 12 Emergence 48 0.00 1.9 2 4.4 0.00 0.00

31 MAY 26 End Juveni 68 0.14 5.2 2 3.5 0.00 0.00

6 JUN 32 Floral Ini 177 0.38 6.8 7 3.8 0.00 0.00

14 JUL 70 75% Silkin 5072 2.57 14.6 56 1.1 0.04 0.06

25 JUL 81 Beg Gr Fil 5495 1.77 14.6 62 1.1 0.76 0.11

2 SEP 120 End Gr Fil 8366 1.26 14.6 91 1.1 0.01 0.02

10 SEP 128 Maturity 8366 1.26 14.6 91 1.1 0.00 0.00

10 SEP 128 Harvest 8366 1.26 14.6 91 1.1 0.00 0.00

*MAIN GROWTH AND DEVELOPMENT VARIABLES

VARIABLE SIMULATED MEASURED

-------- --------- --------

Anthesis day (dap) 70 -99

Physiological maturity day (dap) 128 -99

Yield at harvest maturity (kg [dm]/ 2800 -99

Number at maturity (no/m2) 1116 -99

Unit wt at maturity (g [dm]/unit) 0.2510 -99

Number at maturity (no/unit) 98.1 -99

Tops weight at maturity (kg [dm]/ha 8366 -99

By-product produced (stalk) at matu 5615 -99

Leaf area index, maximum 2.62 -99

Harvest index at maturity 0.335 -99

Grain N at maturity (kg/ha) 46 -99

Tops N at maturity (kg/ha) 91 -99

Stem N at maturity (kg/ha) 43 -99

Grain N at maturity (%) 1.6 -99

Tops weight at anthesis (kg [dm]/ha 4971 -99

Tops N at anthesis (kg/ha) 56 -99

Leaf number per stem at maturity 14.60 -99

*ENVIRONMENTAL AND STRESS FACTORS

|-----Development Phase------|-------------Environment--------------|---------Stress----------|

|--------Average-------|---Cumulative--| (0=Min, 1=Max Stress) |

Time Temp Temp Solar Photop Evapo |----Water---|--Nitrogen--|

Span Max Min Rad [day] Rain Trans Photo Photo

days ųC ųC MJ/m2 hr mm mm synth Growth synth Growth ------------------------------------------------------------------------------------------------

Emergence-End Juvenile 14 19.7 10.9 20.7 16.34 30.6 31.0 0.000 0.000 0.003 0.001

End Juvenil-Floral Init 6 21.4 12.7 18.6 16.80 7.0 11.3 0.000 0.000 0.001 0.000

Floral Init-End Lf Grow 38 22.2 12.8 20.9 17.07 77.9 143.9 0.003 0.032 0.139 0.055

End Lf Grth-Beg Grn Fil 11 29.2 18.2 22.4 16.51 15.6 18.4 0.659 0.773 0.281 0.112

Grain Filling Phase 39 25.2 16.1 17.5 14.97 189.4 141.9 0.000 0.012 0.044 0.018

Maize YIELD : 2800 kg/ha [Dry weight]