Agentenbasierte Modellierung der Abhängigkeit des pflanzenbaulichen Managements von Wetter- und Klimaeinflüssen

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1 Agentenbasierte Modellierung der Abhängigkeit des pflanzenbaulichen Managements von Wetter- und Klimaeinflüssen J. Apfelbeck, T. Krimly, M. Huigen und Prof. Dr. St. Dabbert Gliederung Gliederung Einleitung gebiet Danubia und die Farming Komponenten Modellintegration Aufbau der Entscheidungsregeln Beispiele für Entscheidungsparameter Szenariogrundlagen Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Einleitung Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick

2 GLOWA Danube: Interdisziplinäres Forschungsprojekt Entwicklung von Handlungsalternativen, um eine zukünftig nachhaltige Wassernutzung zu gewährleisten. Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich über das obere Donaueinzugsgebiet mit einer Fläche von km². Über 50% der Fläche werden landwirtschaftlich genutzt und beinhalten circa landwirtschaftliche Betriebe. Das agrarökonomische Teilprojekt untersucht die Auswirkungen des Klimawandels auf die Landwirtschaft. Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Landkreisbeschreibung Prozentuale betriebswirtschaftliche Ausrichtung, Stand: 2007 Futterbaubetriebe Ackerbaubetriebe Dauerkulturbetriebe (Weideviehbetriebe) Gartenbaubetriebe Landkreise Gemischtbetriebe Landsberg 20 0 Dingolfing Günzburg Ostallgäu Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Danubia und die Farming Komponenten Im Danubia Framework ist das Proxel die zentrale Kommunikations- und Recheneinheit. Die Farming Komponente hat als Recheneinheit den Agenten. Landkreise Höhenlage Niederschlag Temperatur Ackerfläche Grünland Temperatur Maiha ha September Dingolfing m mm 7-8 C C Günzburg m mm 7,5 C Landsberg m 972 mm 6-7,5 C ,3 C Ostallgäu m mm 6,4-7,4 C Regensburg Regen Straubing- Freyung- Bogen Deggendorf G rafenau Landshut Dingolfing- Landau Passau Rottal- Inn Der Agent erhält Informationen von anderen Modellen über Interfaces, die z.b. Auskunft über Wetterparameter und Pflanzenzustände geben. Diese Informationen benötigt der Agent zur Entscheidungsfindung und Durchführung bestimmter Tätigkeiten. 33% WW 10% ZR 17% SG 10% KM 25% GRL 15% n.b. Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick

3 Das Farming Modell interargiert mit folgenden Danubia-Modellen: Biological (Pflanzenwachstum) SNT (Soil Nitrogen Transport) WaterSupply (Wasserbedarf der Tiere, Bewässerung) Natural Environment (Hydrologie, Meteorologie) Während der Vegetationsperiode trifft ein Akteur täglich verschiedene Entscheidungen : 1.Umsetzung des Anbauplans des agrarökonomischen Sektormodells 2. Umweltsensoren (Wetterbedingungen) 3.Pflanzenzustand/Stadien Yr1 Tägliche Entscheidungen: Aussaat (Wetter, Vegetationsbedingungen) Düngung (Entwicklungsstadium, Wetter) Ernte (Entwicklungsstadium, Wetter) Grünlandschnitt (Biomasse, Wetter) Bewässerung Yr2 ACRE wird gestartet Erstellt den Anbauplan für f r einen Landkreis Disaggregation der Ergebnisse auf Proxel-/Akteursebene Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Entscheidungsbaum für die Aussaat von Winterweizen: Entscheidungen sind an die Ansprüche der Kultur angepasst. Dabei werden Parameter wie Wetterbedingungen/Umwelteinflüsse und die verschiedenen Wachstumsphasen berücksichtigt. Die Aussaat wird z.b. bestimmt von: der Vegetations- /Wachstumsperiode, Vegetationsruhe, Temperatur und -summen, der minimal möglichen Keimungstemperatur, Temperaturgrenzwert Befahrbarkeit des Bodens Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Beispiele für Entscheidungsparameter Formel zur Bestimmung des temperaturbedingten Vegetationsbeginns und -endes: Vegetationsbeginn: i(ti 5 C) > 0 C (i = 2, ) Vegetationsende: i (Ti 5 C) < 0 C (i = 2, 3...Ende des Jahres) (nach Chmielewski, 2003) Temperatursummenbestimmung bis zum Ende verschiedener Monate Die Temperatursummen mit einer vorgegebenen Basistemperatur von 5 C dienen dazu, die Dauer zu bestimmen, die eine Pflanze braucht, um ein gewisses Entwicklungsstadium zu erreichen. Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick

4 Szenariogrundlagen Allgemeiner Trend von Niederschlag und Temperatur Basis: Emissionsszenario IPCC-A1B Klimatrend:REMO-Regional Δ T (REMO im EZG Obere Donau): +3.4 Grad Δ NS (REMO im EZG Obere Donau): -4.9% Winter, -31.4% Sommer Klimavariante 1: Durchschnittlichster Temperaturanstieg von 2011 bis 2035 Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Ergebnisse der Korrelation zwischen Vegetationsbeginn und dem beobachteten Aussaattermin sowie dem berechneten Aussaattermin verschiedener Kulturen Korrelation zwischen Vegetationsbeginn und Aussaat 1970 bis 2002 Agentenregeln/Kultur Korrelationsergebnis >2> >6> >8> Hafer 0.76 Sommergerste 0.82 Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Vegetationsbeginn und Aussaattermin unterschiedlicher Kulturen zwischen 1970 und 2003: Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick

5 Aussaattermin unterschiedlicher Kulturen zwischen 1970 und 2002, bestimmt mit Hilfe der Agentenregeln : Hafer, Gerste Zuckerrüben Kartoffeln Mais Vegetationsbeginn Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Aussaattermine unterschiedlicher Kulturen zwischen 2011 und 2060, bestimmt mit Hilfe der Agentenregeln : Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Beobachtete Erntetermine zwischen 1970 und 2003 für einige ausgewählte Kulturen: Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick

6 Simulierte Ernteterminänderungen zwischen 2011 und 2060 für Getreide: Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Schlussfolgerungen/Ausblick Die beschriebenen Analysen und Ergebnisse zeigen, dass die kurzfristigen Entscheidungen, wie z.b. Aussaat und Ernte sehr witterungsabhängig sind. Eine Verlängerung der Vegetationsperiode kann für manche Kulturen eine frühere Aussaat bedeuten und umgekehrt. Eine mögliche Folge könnte sich in Zukunft in einer veränderten Landnutzung wiederspiegeln, dies müsste mit weiteren Untersuchungen belegt werden. Bei konstant gehaltenen Aussaatterminen gibt es bei einer Erhöhung der jährlichen Durchschnittstemperatur eine deutliche Verschiebungen der Erntezeitpunkte nach vorne. Insbesondere für Getreide ist die Tendenz erkennbar, dass die Abstände der Erntetermine zwischen einzelnen Kulturen enger werden. Die Folge kann sein, dass in manchen Regionen die vorhandene Maschinenkapazität nicht mehr ausreicht und die Ernte möglicherweise nicht zum optimalen Erntetermin erfolgen kann. In Abhängigkeit vom Erntetermin kann es zu einer Veränderung der Terminkosten kommen. Navigationsleiste Einleitung Ergebnisse Schlussfolgerung und Ausblick Danke für Ihre Aufmerksamkeit