Modelos de Simulación en la Agricultura Herramientas para Evaluación de Impactos (Modelos de Simulación)

Modelo de Simulación Programas de computadoras que intentan simular modelos abstractos de un sistema particular para mejorar la comprensión de cómo opera ese sistema. Las simulaciones se han vuelto muy importantes en La modelización matemática de: Sistemas Naturales Biología Economía Psicología Ciencias Sociales Ingeniería Desarrollados de la mano de la mejora y el acceso a PC

Enfoque Sistémico Los componentes de un sistema funcionan diferente cuando las relaciones e interacciones de ese sistema se eliminan y se estudian en forma aislada La única manera de entender un elemento o un proceso es estudiarlo en relación con TODO el sistema

Entender un Proceso CAUSA EFECTO Componente del Sistema (estímulo (respuesta) INPUT OUTPUT X Y ECUACION del MODELO y = A + Bx

Herramientas para Comprender los Sistemas Agropecuarios Tecnologías de la Información Sistemas Expertos Modelos de Simulación Sistemas de Información Geográfica (GIS) Sistemas de Bases de Datos Sensoramiento Remoto { Sistemas de Soporte para la Toma de Decisiones (o de Discusiones) 2 2

Agricultura, Producción de Cultivos, Producción de Pasturas Fertilidad Suelos Fisiología Vegetal Respuesta Fertilizantes Balance Agua Pestes & Enferm. Resultados Económicos Impactos Clima Entender el SISTEMA Simular el SISTEMA incluyendo interacciones Fisiología Vegetal Fertilidad Suelos Respuesta Fertilizantes Balance Agua Resultados Económicos Pestes & Enferm. Impactos Clima Más de 100 años mejorando el entendimiento de factores, procesos, interacciones

RADIACION SOLAR INTERCEPCION Kg MS POTENCIAL Densidad de Planta, Tipo de Planta, Fenología (Temperatura), CO2 INTERCEPCION Kg MS POTENCIAL

RADIACION SOLAR CO2 INTERCEPCION Kg MS POTENCIAL AGUA en el SUELO Densidad de Planta, Tipo de Planta, Fenología (Temperatura), CO2 INTERCEPCION Tipo de Suelo, Lluvia, Raíces, Riego, Laboreo Kg MS POTENCIAL AGUA en el SUELO Kg MS REAL ?

RADIACION SOLAR CO2 INTERCEPCION Kg MS POTENCIAL AGUA NUTRIENTES en el Densidad de Planta, Tipo de Planta, Fenología (Temperatura), CO2 INTERCEPCION Tipo de Suelo, Fertilización Residuos Laboreo Tipo de Suelo, Lluvia, Raíces, Riego, Laboreo Kg MS POTENCIAL AGUA en el SUELO NUTRIENTES en el SUELO

RADIACION SOLAR CO2 INTERCEPCION Kg MS POTENCIAL AGUA en el SUELO Densidad de Planta, Tipo de Planta, Fenología (Temperatura), CO2 INTERCEPCION Tipo de Suelo, Fertilización Residuos Laboreo Tipo de Suelo, Lluvia, Raíces, Riego, Laboreo Kg MS POTENCIAL AGUA en el SUELO NUTRIENTES en el SUELO Kg MS REAL Raíces Hojas Tallos Espigas

CRECIMIENTO DESARROLLO RADIACION SOLAR CRECIMIENTO (Producción de Biomasa kg / ha) INTERCEPCION Kg MS POTENCIAL Kg MS REAL DESARROLLO (Estadios de cre-, cimiento, órganos) Raíces Hojas Tallos Espigas

Crecimiento: Efecto de la Temperatura Cultivos Anuales y Pasturas Templadas Mínimo Óptimo Máximo

Crecimiento: Curvas Típicas de Producción de Biomasa Efecto del Tipo de Cultivar Producción de Biomasa (kg DM / ha) Días después de Siembra

Crecimiento: Curvas Típicas de Producción de Biomasa Efecto de Agua, Nutrientes Producción de Biomasa (kg DM / ha) Días después de Siembra

Crecimiento: Curvas Típicas de Producción de Biomasa Efecto de Agua, Nutrientes y Tipo de Cultivar Producción de Biomasa (kg DM / ha) Días después de Siembra

DESARROLLO: Tiempo para diferentes estadios Maíz Trigo Maize

Temperatura Fotoperíodo Desarrollo de Cultivos Determinado por: Especie Tipo de Cultivar Temperatura Fotoperíodo Ejemplo en Trigo (Temperatura o Tiempo Térmico): Aparición de hojas (filocrón) aprox. 95 días-grado 4 días con 20oC temperatura media (80 días-grado) + 1 día con 15oC temperatura media (15 días-grado) = 95 días-grado (una hoja nueva)

Ejemplo: Llenado de Grano (Crítico para Rendimiento) Wheat: Grain Filling of a Cultivar for two Sowing Dates Expressed in degree-days (Field Experiment Tavella and Baethgen 1995) Degree Days after Anthesis mg / grain 500 – 550 días-grado para LLENAR el GRANO* Discusión: Cambio Climático

Clima trabajando con Mejoramiento: Caracterizar con variables Climáticas (DG vs Días para diferentes Locales) Fase “Lag”

Siembra – Floración y Fotoperíodo Cultivar “A”: No sensible al Fotoperíodo (Suma de días-grado) (Siembra) (Floración) Época 1 Época 2 Época 3 Cultivar “B”: Sensible al Fotoperíodo (Suma de días-grado + Long. Día) (Siembra) (Floración) Época 1 Época 2 Época 3 Discusión: En qué casos puede ser importante? (ej. Trigo)

Relevancia de Caracterizar el DESARROLLO para Simulación: Susceptibilidad al Estrés Afecta Crecimiento, Rendimiento Susceptibilidad De Maíz Al Estrés Hídrico Días después de la Siembra Por Ejemplo agua: WRSI (a) Diferentes requerimientos de Agua para cada estadio (b) Diferentes efectos sobre los rendimientos

Balances de Agua Métodos simples a complejos La mayoría usan método del “Balde” (tipo WRSI) Tipo de Suelo (profund., const. Hídr) Topografía Manejo (irrigado o no irrigado)

Balances de Agua Diferentes requerimientos para cada etapa de desarrollo (b) Diferente penalización en Rendimiento por estrés hídrico

Penalización de Rendimientos según Balance de Agua (Ejemplo: Modelo CENTURY, parecido a WRSI) 1.00 0.75 0.50 Producción Relativa 0.25 0.25 0.50 0.75 1.0 (Lluvia + Riego + Agua en el Suelo) / ETP

Balances de Nutrientes Nitrógeno, Fósforo, Potasio

Similar a lo comentado para Agua Susceptibilidad al Estrés Afecta Crecimiento, Rendimiento Susceptibilidad De Maíz Al Estrés Hídrico Días después de la Siembra Similar a lo comentado para Agua

Ejemplo de un Balance de Nitrógeno: Modelo CENTURY

MODELO DE SIMULACION DATOS DE: RESULTADOS: CLIMA Lluvia Temperaturas Rad. Solar PROPIEDADES de SUELOS CARACTERISCTICAS del CULTIVAR MANEJO Fertilización Riego Fecha de Siembra Densidad, etc. PRECIOS, COSTOS RESULTADOS: Rendimientos Variabilidad Ingresos ($) Riesgos Balances Agua Carbono Nutrientes OTROS MODELO DE SIMULACION

SISTEMA PROD. Experim. Campo Modelo Datos Medidos Conceptual Mejorar Manejo Informado Datos Medidos Experim. Campo Modelo Conceptual Mejorar Discrepancias Observadas Comparar Mejorar Modelo Matemático Datos Simulados Simulación Cuantificar Qué pasa si…? Estimación Informada

A Compac. B Suelo Original Siembra Directa Buen Laboreo Mal Laboreo

Relación Parte Aérea / Raíces Agua Nutrientes Relación Parte Aérea / Raíces A Compac. B

Aplicaciones que Requieren Detalle: Descripciones de producción de Cultivos / Pasturas Impactos de Tecnologías Impactos de Manejo Agronómico Impactos de Agua, Nutrientes “Desventajas”: Requieren datos más detallados para Calibrar / Validar Suelos, Clima, tecnologías, Manejo de Suelos y Cultivos, etc.

www.icasa.net/dssat/ Un Ejemplo: DSSAT Desde 1980’s en todos los Continentes Consorcio de Organizaciones Internacionales (ICASA) Muy evaluados en países en desarrollo Soporte técnico y científico (entrenamiento y consultas) www.icasa.net/dssat/

MODELOS DE SIMULACION: EJEMPLO DE TRIGO EN VARIOS PAISES Baethgen, 1998

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Características de Cultivares Mínimo Set de Datos para Simulaciones DSSAT Clima Diario - T Max - T Min - Lluvia - Radiación Solar Manejo Agronómico y Características de Cultivares Características del Perfil de los Suelos

Increasing Complexity Potential Water Water, N Water, N, P Production Balance Balance Balance Solar Radiation Solar Radiation Solar Radiation Solar Radiation Max/Min T Max/Min T Max/Min T Max/Min T Precipitation Precipitation Precipitation Cultivar Cultivar Cultivar Cultivar Characteristics Characteristics Characteristics Characteristics Management Management Management Management Practices Practices Practices Practices Irrigation Irrigation Irrigation Management Management Management Soil Profile Soil Profile Soil Profile Physical Physical Physical Properties Properties Properties Management of Management of N Fert. and N Fert. and Residues Residues Soil Profile Soil Profile Chemical Prop. Chemical Prop. Management of P Fert. And Residues Increasing Demand for Inputs 1 1 10

Ejercicio DSSAT