Professor: Dr. Juan Rafael Sánchez Montahud

PRÀCTIQUES DE

MODELITZACIÓ DE SISTEMES

ECOLÒGICS (ordinador)

PRÀCTICA 1. ORDINADOR. MODELITZACIÓ DE SISTEMES ECOLÒGICS. IDENTIFICACIÓ DELS ELEMENTS QUE FORMEN EL SISTEMA

Exercici 1

En el següent exemple d’un diagrama causal, expliqueu el sentit dels signes que apareixen.

Exercici 2

Elaboreu una llista dels elements que considereu que formen el sistema del cicle de l’aigua en el sòl. Connecteu els elements per parelles. Establiu les relacions entre els dos elements. Por exemple: PLUJA ESCOLAMENT POROSITAT INFILTRACIÓ TEMPERATURA EVAPORACIÓ ………………………. _____________ ………………………. _____________ ………………………. _____________

Exercici 3 Quins bucles connecten les parelles d’elements de l’exercici anterior? Els bucles ens permeten pronosticar la dinàmica del sistema. En el sistema d’aigua del sòl, són de retroalimentació positiva o negativa?

Exercici 4 Com interpreteu aquest diagrama de fluxos d’Odum? Quins són els principals magatzems i fluxos del sistema? Quina relació hi ha entre els fluxos d’aigua i calci?

Exercici 5

Utilitzant els símbols d’Odum, fes un diagrama per al cicle de l’aigua en el sòl a partir de la selecció dels elements dels exercicis 2 i 3. Quina informació necessiteu per a quantificar els magatzems i fluxos del sistema?

Exercici 6 Mitjançant els símbols de Forrester, elabora un diagrama de fluxos del cicle del Ca en Cowetta.

Exercici 7 Mitjançant els símbols de Forrester, elabora un diagrama de fluxos del cicle de l’aigua en el sòl.

PRÀCTICA 2. ORDINADOR. MODELITZACIÓ DE SISTEMES ECOLÒGICS.

DIAGRAMACIÓ AMB EL LLENGUATGE DE FORRESTER. SIMULACIONS AMB EL PROGRAMA STELLA. PROTOCOL QUE CAL SEGUIR EN LES PRÀCTIQUES DE SIMULACIÓ

A causa de la gran quantitat de versions i eixides que es generen a cada sessió, es recomana seguir aquest protocol per a guardar els resultats:

1- Obriu el programa STELLA. S’hi accedeix mitjançant el Campus Virtual. 2- Creeu un model nou o carregueu un model ja elaborat. 3- Obriu un programa auxiliar (Word o Excel) per a guardar els resultats. 4- Cada vegada que s’elabore una nova versió del model és convenient guardar el

model a STELLA, amb nom diferent (exemple: CICLE1, CICLE2, etc.) 5- Amb cada versió s’obtenen resultats (gràfics i taules) que s’han de guardar en el

programa auxiliar per a utilitzar-los en l’informe de les pràctiques. 6- A més de guardar el model a STELLA, s’ha de guardar al programa auxiliar còpia

del diagrama i les equacions per a l’informe. EXERCICI 1

Elaboreu un diagrama de Forrester que represente la circulació del calci mitjançant l’ecosistema de la conca WS18 de Coweeta. Dibuixeu aquest diagrama a l’entorn STELLA. Copieu i enganxeu el diagrama a un document Word.

EXERCICI 2

Doneu valors a les variables de nivell i de flux. Comencem utilitzant les dades de la pràctica 1, les que apareixen al diagrama d’Odum de la figura (a). Les completarem

a continuació calculant les taxes que controlen els fluxos. Les dades que cal considerar són les següents:

Entrades de calci al sistema a) Entrades fixes mitjançant la pluja, el vent i la meteorització de la roca. b) Entrades que varien en funció del volum de pluja anual i de la concentració de calci en la pluja. Eixides de calci del sistema a) L’eixida de calci mitjançant l’escolament és fixa: 7 kg·ha-1·any-1 b) L’escolament varia amb la pluja i la concentració de calci del riu disminueix amb el volum. Els fluxos interns del sistema Flux de mineralització. Quina és la taxa de mineralització de la matèria orgànica? La podem calcular a partir del flux de mineralització i del valor del compartiment de sòl i fullaraca. Quin és el flux de Ca en la caiguda de fullaraca i en les arrels mortes? Quant de Ca absorbeix la vegetació? Ho podem estimar mitjançant la producció primària neta (el creixement del bosc).

EXERCICI 3

Simuleu el comportament del sistema mitjançant el model de STELLA que heu construït.

1- Simuleu el comportament de les variables de nivell en condicions normals de 0 a 50 anys, amb intervals de temps (dt) = 1. Construïu una taula amb els valors de les variables de nivell a 10, 20, 30, 40 i 50 anys. Copieu i enganxeu la taula a un document Word.

2- Representeu les gràfiques d’evolució temporal de les variables de nivell del sistema als 50 anys. Copieu i enganxeu a un document Word.

3- Entregueu el document Word amb els resultats anteriors i un breu comentari sobre la simulació realitzada a la següent sessió.

PRÀCTICA 3. ORDINADOR. MODELITZACIÓ DE SISTEMES ECOLÒGICS.

LA DINÀMICA DE LA MATÈRIA ORGÀNICA EN EL SÒL.

SIMULACIÓ A L’ENTORN STELLA.

EXERCICI 1

A partir del diagrama de Forrester que representa un model de la dinàmica de la matèria orgànica en el sòl, dibuixeu un diagrama a l’entorn STELLA. Afegiu o elimineu allò que considereu necessari pel funcionament d’un primer model. Copieu i enganxeu el diagrama a un document Word.

EXERCICI 2

Doneu valors a les variables de nivell i de flux. Podeu utilitzar dades de les pràctiques de laboratori i recerques bibliogràfiques. Calculeu les taxes que controlen els fluxos.

Per exemple podeu buscar a la bibliografia el contingut de carboni en el sòl…

EXERCICI 3

Simuleu el comportament del sistema mitjançant el model de STELLA que heu construït. 1- Observeu el comportament de les variables de nivell i de fluxos al model i en condicions normals. Construïu una taula i una gràfica amb els valors de les variables de nivell i de flux. Copieu a un document Word.

PRÀCTICA 4. ORDINADOR. MODELITZACIÓ DE SISTEMES ECOLÒGICS.

MODELS SOBRE LA VARIABILITAT ESPACIAL I TEMPORAL DE LA RESPIRACIÓ DEL SÒL. SIMULACIÓ A L’ENTORN STELLA. EXERCICI 1

A partir de les dades de les pràctiques de laboratori estimeu les taxes de respiració del sòl forestal i agrícola de les localitats estudiades. Construïu un model STELLA.

EXERCICI 2

Observant la variabilitat estacional de la respiració del sòl (vegeu la taula adjunta) proposeu una modificació dels fluxos estimats a l’exercici 1.

EXERCICI 3 Construïu un model de la respiració mensual del sòl

MES Respiració (g C m-2 dia-1) 1.00 1.50 2.00 1.40 3.00 1.50 4.00 1.30 5.00 0.50 6.00 0.60 7.00 0.50 8.00 1.00 9.00 0.40

10.00 1.50 11.00 2.10 12.00 1.40

los_meses = COUNTER(1,13) soil___respiration = GRAPH(los_meses) (1.00, 1.50), (2.00, 1.40), (3.00, 1.50), (4.00, 1.30), (5.00, 0.5), (6.00, 0.6), (7.00, 0.5), (8.00, 1.00), (9.00, 0.4), (10.0, 1.50), (11.0, 2.10), (12.0, 1.40) PRÀCTICA 5. ORDINADOR. MODELITZACIÓ DE SISTEMES ECOLÒGICS.

LA DINÀMICA DEL C i EL N EN LA MATÈRIA ORGÀNICA DEL SÒL. EXERCICI 1

El diagrama de Forrester adjunt representa el model de dinàmica de la matèria orgànica al sòl. A partir dels models construïts amb STELLA a les anteriors sessions de pràctiques que simulava el contingut de C orgànic del sòl (models d’un NIVELL), completeu un model amb DOS NIVELLS: matèria orgànica lliure, particulada i matèria orgànica fixada. Feu un model per a cada tipus de sòl: forestal i agrícola.

EXERCICI 2

Doneu valors a les variables de nivell i de flux. Podeu utilitzar dades de les pràctiques de laboratori i recerques bibliogràfiques. Calculeu les taxes que controlen els fluxos. Modifiqueu les taxes fins aconseguir un equilibri en les variables de nivell.

EXERCICI 3

Simuleu el comportament del sistema mitjançant el model de STELLA que heu construït. Observeu el comportament de les variables de nivell i de fluxos al model. Afegiu DOS VARIABLES AUXILIARS que representen la quantitat de nitrogen orgànic de les fraccions de matèria orgànica estudiades.