Modeling of Uniform Dynamical Systems. Modell zur industriellen Bienenzucht Realisiert mit Stella 7.03

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1 Modeling of Uniform Dynamical Systems Modell zur industriellen Bienenzucht Realisiert mit Stella 7.03 Michel Felix, Student SK06, Zürcher Hochschule Winterthur Blatter Rafael, Student SK06, Zürcher Hochschule Winterthur Juli 2007 Blatter Rafael Michel Felix Areggerstrasse 1 Schützenstrasse Solothurn 8400 Winterthur blattraf@zhwin.ch michefel@zhwin.ch

2 nhaltsverzeichnis Abstract...3 Einleitung...4 Modell die industrielle Bienenzucht...6 Das Modell...6 Ausführungen...7 Bienenpopulation...7 Mensch...7 Nahrung...7 Pflanzenbestand...8 Graphen...8 Graph Graph Graph Tabelle Zusammenfassung Quellen Anhang Seite 2 von 15

3 Abstract The bee has become an important farm animal for industrial production. The bee is threatened by various phenomena like varroa mite or Colony Collapse Disorder (CCD). The following paper shows the correlation between bee population and agriculture via computer modelling. The model schematises the mutual dependence of bees and agriculture and demonstrates the difficulties of modelling. Seite 3 von 15

4 Einleitung hr wildes Dasein in den Urwäldern fand ein plötzliches Ende. Die intensive Nutzung von Wald und Landflächen durch die Landwirtschaft entzog der Biene ihre Lebensgrundlage. Die Biene wurde vom wilden nsekt zum wirtschaftlich bedeutsamen Nutztier. Das süsse Gold, der Honig, ist nicht der einzige Nutzen, den der Mensch aus dem Schaffen der Biene ziehen kann. Ein Drittel der Nutzpflanzen, Obst und Gemüse, wird von der Biene bestäubt. n der Landwirtschaft ist das nsekt die Bestäubungsmaschine par excellence. Bienenhaltung ist heute ein Geschäft. hr wirtschaftlicher Nutzen beträgt allein in den USA mehr als 16 Milliarden Schweizer Franken. Die Zuchtbiene ist anfällig auf Krankheiten, da in einer Population häufig tausende von Völkern auf engstem Raum zusammenleben. Zudem werden sie mit Antibiotika behandelt, was zu einer enormen Resistenzentwicklung der Schädlinge führt. Auch der Honig, der einst die Motivation für Bienenhaltung war, ist heute nur noch ein kontaminiertes Nebenprodukt der industriellen mkerei. Die Hobbyimkerei leidet unter Überalterung der mker und diversen Bienenkrankheiten. Sie verfügt nicht über die Mittel, Krankheiten professionell zu bekämpfen. Krankheiten und Seuchen bedeuten für sie ein grosses finazielles Risiko, von dem sich die mker oftmals nicht mehr erholen können. mker helfen sich wohl am besten, wenn sie nicht jedem verlorenen Stock nachtrauern, schreibt Atlant Bieri in der NZZ am Sonntag. Denn Bienenhaltung sei heute ein Geschäft in dem Verluste programmiert sind. (NZZ am Sonntag vom ) Seit Monaten vernichtet in den USA ein mysteriöses Phänomen Bienenvölker in wenigen Tagen. Colony Collaps Disorder (CCD), zu Deutsch Völkerkollapsstörung, nennen Experten diese neuartige Erscheinung. Das seltsame Leiden lässt scheinbar gesunde Völker binnen weniger Tage spurlos verschwinden. m Stock zurück bleiben die Königin, Nahrungsvorräte, Brut und einzelne Arbeiterinnen, die gleich an mehreren nfektionen leiden als sei ihr mmunsystem kollabiert. Die Gründe für den CCD sind den Forschern bisher noch ein Geheimnis. Diese Ratlosigkeit regte uns zu Gedankenspielereien an: Welche Konsequenzen kann ein Aussterben ganzer Bienenvölker für die Wirtschaft haben? Kann der Mensch ohne die Biene überleben? Wie gross ist der Einfluss der Biene auf die Landwirtschaft?»Wenn die Bienen verschwinden, hat der Mensch nur noch vier Jahre zu leben; keine Bienen mehr, keine Pflanzen, keine Tiere, keine Menschen mehr.«, wird der Physiker Albert Einstein fälschlicherweise gerne zitiert. Hans Schuh widerlegt diese Aussage in seinem Bericht in der Zeit und fügt hinzu, dass der Wind und Myriaden anderer nsekten ebenfalls dafür sorgen, dass Pflanzen Früchte tragen. (Die Zeit vom ) Seite 4 von 15

5 Selbst wenn ein Aussterben der Biene nicht die Existenz des Menschen bedroht, steht die Landwirtschaft in einer tiefen Abhängigkeit zu diesem zarten Geschöpf. n Amerika werden ganze Bienenvölker zur Bestäubung verschickt. Allein aus wirtschaftlichen Gründen ist ein Aussterben der Biene undenkbar und ein Phänomen wie der CCD eine ernstzunehmende Gefahr für private und gewerbliche Bienenzüchter. n zwei Modellen versuchen wir die Abhängigkeit der Landwirtschaft von der Biene aufzuzeigen. Seite 5 von 15

6 Modell die industrielle Bienenzucht Das Modell Seite 6 von 15

7 Ausführungen Bienenpopulation Die Bienenpopulation in Modell 1 hängt von vier verschiedenen Faktoren ab. mker Die mker beeinflussen die Entstehung von Bienenvölkern. Wir haben sie mit der Geburtenrate gleichgesetzt. Natürlicher Tod Die jährliche Sterberate der Bienen beträgt normalerweise zwischen 1% und 10%. CCD CCD kann in unregelmässigen Abständen auftreten und ganze Bienenvölker vernichten. Sein Auftauchen beruht auf Zufall. (definiert in: CCD DF 2) Pflanzenbestand Der Pflanzenbestand beeinflusst die Bienenpopulation. Ein zu geringer Pflanzenbestand hat den Tod der Bienen zur Folge. Mensch Der Mensch wird durch zwei äussere Faktoren bedingt. Nahrung Die Nahrung dient dem Menschen als Lebensgrundlage. Fehlt sie, tritt der Tod ein. Natürlicher Tod (entspricht der Geburtenrate) Nahrung Die Nahrung wird durch zwei äussere Faktoren bedingt. Mensch Der Nahrungsbedarf des Menschen beeinflusst direkt die Nahrungsmenge durch den Faktor Verbrauch. Gibt es zu viele Menschen, geht die Nahrung zur Neige. Die beiden Kurven oszillieren divergent (s. Graph 3). Pflanzenbestand Die Nahrung wird aus dem Pflanzenbestand gewonnen. Seite 7 von 15

8 Pflanzenbestand Der Pflanzenbestand wird durch zwei äussere Faktoren bedingt. Mensch Zu hoher Menschenbestand verdrängt die Pflanzen. Bienenpopulation Die Bienen bestäuben die Pflanzen und sorgen somit für die Fortpflanzung. Graphen Graph 1 Der Einflussfaktor CCD wirkt sich nur kurzzeitig auf die Bienenpopulation aus. Längerfristig ist der Pflanzenbestand der entscheidende Faktor. Die Kurve der Bienenpopulation nähert sich der Kurve des Pflanzenbestandes an, was durch die starke, mutuelle Abhängigkeit zwischen Bienen und Pflanzen zu erklären ist. Seite 8 von 15

9 Graph 2 n Graph 2 erkennt man eine leichte Abhängigkeit zwischen landwirtschaftlicher Produktion und Bienenpopulation. Die Schwankungen der Bienenpopulation hemmen die landwirtschaftliche Produktion. Die Kurve Mensch hängt nur indirekt von landwirtschaftlicher Produktion und Bienenpopulation ab. Graph 3 Die Schwankungen der Kurve Mensch sind durch die starke Abhängigkeit des Menschen von der Nahrung bedingt. Unsere Definition der Sterberate des Menschen [(F(Nahrung=0)THEN(Mensch)ELSE(0.2))] bewirkt den sofortigen Rückgang des Menschenbestandes bei Nahrungsmangel, was auf der Überlegung beruht, Seite 9 von 15

10 dass der Mensch ohne Nahrung nicht überleben kann. Die in der Realität vorhandene Pufferzone wird in unserem Modell nicht berücksichtigt. Dadurch schwanken die beiden Kurven übertrieben stark. Tabelle Die Tabelle zeigt die verschiedenen Einflussfaktoren auf, welche die Bienenpopulation beeinträchtigen. Die Geburtenrate wurde absolut definiert. Je grösser die Bienenpopulation, desto mehr Bienen entstehen. Die Pflanzenbestandklausel beeinflusst die Bienenpopulation nur beschränkt. Durch die Definition der Geburtsrate verzeichnet die Bienenpopulation ab einer bestimmten Menge einen massiven Anstieg. Seite 10 von 15

11 Zusammenfassung Aus unserer Arbeit konnten wir zwei verschiedene Schlussfolgerungen ziehen. Eine Abhängigkeit der Landwirtschaft von der Bienenpopulation ist klar zu erkennen. Diese Abhängigkeit stimmt auch weitgehend mit unseren Quellen überein. n dieser Hinsicht ist unser Modell gelungen, da es die Wirklichkeit nachbildet. Es muss aber angefügt werden, dass unser Modell die Wirklichkeit verzerrt, da wir von Anfang an klare und eindeutige Resultate erhalten wollten. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, waren wir gezwungen viele Kompromisse einzugehen, welche die Arbeit oftmals willkürlich erscheinen lassen. Unsere Ergebnisse sollten als Tendenzen und nicht als Fakten betrachtet werden. Um ein stabiles, realitätskonformes Modell zu entwickeln müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Oft fehlte uns das nötige Hintergrundwissen, um Definitionslücken zu schliessen. Die Darstellung der Relationen zwischen den einzelnen Mengen stellte sich als problematisch heraus. Wie stark darf eine Menge von einer anderen abhängen ohne das Gesamtbild des Modells völlig zu verzerren? Aufgrund welcher Kriterien sind Anfangswerte zu wählen? Wie können Tatsachen sinnvoll ins Modell einfliessen? Um ein funktionierendes Modell zu erhalten wählten wir den Weg der Praxis. Verschiedene Möglichkeiten wurden ausprobiert, revidiert und führten häufig zu einem neuen Aufbau des Modells. Einige Modellversuche legen wir zur llustration des Arbeitsprozesses dem Anhang bei. n Bezug auf unsere Fragen in der Einleitung können wir folgendes ausführen: Der Einfluss der Bienen auf die Landwirtschaft konnte dargestellt werden. Wir betrachten aber bewusst nur die von der Biene abhängigen Landwirtschaftszweige. Die unvollständige Datenlage zwang uns Schätzungen, Annahmen oder auch willkürliche Vermutungen als Grundlage für unser Modell zu verwenden. Eine Logik ist diesen Vermutungen nicht abzusprechen, um aber ein aussagekräftigeres Modell zu erwirken, ist der Zugriff auf wissenschaftliche Daten unerlässlich. Seite 11 von 15

12 Quellen Schuh, Hans, 2007, Die Biene, das Geld und der Tod, die Zeit, Nr. 22, Bieri, Atlant, 2007, Unser kleinstes Haustier hat es schwer, NZZ am Sonntag, Seite 12 von 15

13 Anhang Seite 13 von 15

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