SCUAF
Soil Changes Under Agro Forestry
A.A. 2008/2009 – Corso di Modellistica e Simulazione
Bruno Marocchi
Gaia Racanella
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712845
Scopo e finalità
• SCUAF è un modello che predice gli effetti sul suolo per
determinate condizioni ambientali
• Viene utilizzato per obiettivi di pianificazione e sviluppo
–
–
–
–
Analizzare e gestire dati misurati
Avanzare ipotesi per la gestione del terreno
Fare previsioni a lungo termine
Comparare le previsioni per usi diversi del terreno (silvicoltura)
• Utilizzato per effettuare successivamente analisi
economiche
• Utilizzato a scopo didattico
– Comprendere, approfondire l’interazione suolo-piante
Ente, autori
•
Versione in esame: SCUAF vers. 5
•
Le versioni 1 e 2 sono state realizzate da
–
Peter Muraya (programmatore)
col supporto del
–
International Centre for Research in Agroforestry (ICRAF)
•
La versione 4 è uscita con la collaborazione del
–
Centre for Resource and Environmental Studies of the Australian
National University
In concomitanza con lo sviluppo del software, gli enti
–
Australian Centre for International Agricultural Research
–
Center for International Forestry Research (CIFOR)
hanno creato il progetto “Improving smallholder farming systems in Imperata
areas of Southeast Asia: a bioeconomic modelling approach”
ed hanno definitivamente reso il modello come strumento di effettiva utilità.
Specifiche hardware, software
• SCUAF5 è scaricabile dal sito
– http://www.une.edu.au/carbon/software.php
• Versioni precedenti la 5 richiedono l’uso del
sistema operativo MS DOS
• Versione 5 compatibile con Microsoft Windows.
Ambiente grafico visuale
• Necessita l’uso del programma Microsoft Excel
(pacchetto Microsoft Office)
Caratteristiche modello
•
Si tratta di un modello descrittivo
–
–
•
tempo discreto
parametri distribuiti
La taratura del modello è stata effettuata in base a
–
Cicli del carbonio e di nutrienti (azoto, fosforo) in 3 tipologie di ecosistema:
a.
b.
c.
–
–
foreste
savana
aree semi aride
Possibilità di rotazione delle coltivazioni
Possibilità presenza di vegetazione perenne, influenza ombra sul terreno
•
Limitazione attendibilità della simulazione ad aree non troppo estese
•
Elaborazione attendibile dell’orizzonte di tempo per non oltre 20 periodi
•
Possibilità di modificare caratteristiche del clima e del tipo di terreno
Inizializzazione dati
Il file dei dati in input è in formato Excel e ha una struttura predefinita di 5 schede. I dati che descrivono le caratteristiche del
sistema sono suddivisi nei seguenti 5 fogli:
•
•
•
•
•
Informazioni (clima, pendio, drenaggio del suolo, composizione del terreno...)
Uso del suolo
Crescita delle piante
Condizioni iniziali suolo
Ciclo ecologico
Una volta modificato, il file viene utilizzato da SCUAF dopo essere stato inserito come INPUT FILE.
Il tasto SET DEFAULT permette di modificare
i dati sul clima e sulle informazioni della prima
scheda.
Il tasto ADJUST EROSION modifica il flusso
di PPN in uscita dal sistema
È necessario inserire la durata totale (riferita
in relazione ai periodi) della simulazione.
Premendo RUN il software esegue la
simulazione e crea un file excel di output con i
relativi dati e grafici di uscita.
Uso del suolo
N° di periodi che si intende elaborare
Se la somma degli anni dei periodi < del totale
degli anni della simulazione, quest’ultima
continua riprendendo dal 1° periodo.
Ingressi percentuali di composti
organici (C) e inorganici nel terreno
(N, P) per ogni periodo (per
esempio da letame).
Il periodo corrisponde ad una diversa
gestione del terreno.
Caratteristiche del periodo:
• durata (anni)
• % area con alberi
• % area coltivata
specificare eventuali cut year (= prelievo
biomassa)
• perdite di biomassa in caso d’incendio.
Frazioni relative alla biomassa
persa suddivisa in : fogliame,
frutta, legname e radici.
Uso del suolo
I raccolti (harvest), sono una parte dei
materiali persi. Sono incluse le perdite da
potatura (prunings).
Altri trasferimenti (transfers) sono causati
da pioggie e venti (transfer litter) che
causano trasporto di materia fuori dal
sistema. Transfer prunings si riferiscono
a interventi umani di fertilizzazione.
TRANSFERS nella terza tabella si
riferisce a materiale di alberi trasportato
sul terreno delle colture.
Quindi i movimenti principali del sistema
riguardano :
- raccolti
- perdite di azoto e fosforo
- potature.
Crescita delle piante
4 tipi di piante (termini di biomassa):
• Erba, erbacce, foglie (leaf)
• Fiori, frutti, parti riproduttive (fruit)
• Parte legnosa (wood)
• Parti sotterrate, radici (roots)
Condizioni iniziali della simulazione.
Valori di crescita netta PPN per alberi e colture a esclusione
delle radici. Il valore è quello osservato oppure stimato
come se non ci fosse nessuna limitazione di nutrienti.
Nella sezione Radici si indicano le percentuali corrispondenti alla PPN degli alberi e delle colture.
Di norma la percentuale di biomassa di radici (o materiale sotto terra) rappresenta il 40%(valore standard) della biomassa
da alberi o colture. Si lascia modificare tale valore a discrezione dell’utente nel caso di valori osservati o ben stimabili.
Roots coarses: % radici che muoiono ad ogni raccolta (cutyear) (da indicare sia per alberi che colture)
Radici alberi possono crescere al di sotto del limite di infiltrazione dei nutrienti e determinare la morte dell’albero
Radici alberi possono espandersi in vicinanza delle colture e determinare una dinamica di competizione dipendente da densità
Crescita delle piante
Valori percentuali di ripartizione foglie,
frutti e legname per alberi e colture.
Informazioni riguardanti la composizione delle
piante in carbonio, azoto e fosforo per alberi e
colture.
Come varia percentualmente la crescita se cambia la quantità di C sul terreno del 0.1%
Come varia percentualmente la crescita se si aumenta la profondità del terreno di 1 cm.
Terreno
Definizione della profondità media che
raggiungono le radici.
Definizione del numero di carotaggi riguardanti il
terreno:
• profondità misurata
• carbonio
• azoto
• fosforo
Erosione del terreno modellata col metodo RUSLE:
http://www.iwr.msu.edu/rusle/factors.htm
Rate of erosion (kg/ha) = R × K × LS × C × 1000
I valori vanno impostati nella tabella.
• C = cover factor, tipo di copertura (distinto per alberi e colture)
• LS = slope, pendenza terreno
• K = soil factor, valore empirico che indica la suscettibilità all’erosione
• R = rainfall factor o climate factor  stima delle precipitazioni
Ciclo ecologico
CICLO CARBONIO
Definizione delle frazioni che si ossidano di
• materia organica morta
• radici
• altre componenti organiche
Definizione di humus
• frazione di humus stabile o instabile
• costante di trasformazione humus
CICLO AZOTO
Definizione guadagni (GAINS)
• frazione di piante azoto fissatori
• distribuzione simbiosi fra alberi e colture
Definizione perdite (LOSSES)
• perdite azoto per mineralizzazione
• dissoluzione un atmosfera
CICLO FOSFORO
Definizione guadagni
• contributo atmosferico
• contributo rocce (valore stimato)
Definizione perdite
• mineralizzazione
• fertilizzazione
Risultati di una simulazione
Conclusioni
•
Modello perfezionato di versione in versione negli anni rende le sue
simulazioni affidabili e complete
•
La complessità delle interazione suolo-pianta rende necessario comprendere a
fondo il significato dei flussi di materia
•
Conoscenze di base adeguate necessarie ai fini della comprensione dei
risultati e per la definizione dei parametri e degli ingressi al sistema
•
La versione 5 è una versione beta, quindi ancora soggetta a revisione e test.
Manca un file guida completo (è disponibile per la versione 4)
difficoltà di interpretazione di alcuni parametri
•
Difficile definizione degli ingressi, nonostante l’interfaccia utente sia
accessibile facilmente
•
Output ben visualizzato, con grafici e dati numerici tabellati