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E' facilmente intuibile che ben difficilmente la realtà produttiva può coincidere perfettamente con uno dei

suddetti livelli produttivi, ai fini comunque della modellizzazione della crescita di un coltura risulta

estremamente pratico ricondurre i singoli casi in una di queste quattro categorie. In questo modo infatti, il

numero di fattori (ambientali, stato del suolo e della coltura) e di processi presi in considerazione nella

costruzione di un modello di crescita può essere fatto variare a seconda del livello produttivo in cui si

inserisce la coltura esaminata.

Per il livello produttivo 1 i fattori che guidano la crescita della pianta sono l'intensità della radiazione

solare, l'intercettazione della luce e l'efficienza fotosintetica della pianta. In Fig. 3 è riportato lo schema

base di un modello per la simulazione della crescita di una coltura a questo livello produttivo. La luce è la

variabile guida da cui dipende la fotosintesi, mentre la temperatura controlla lo sviluppo e agisce su

alcuni dei principali processi di crescita (fotosintesi, respirazione, ecc.). I carboidrati assimilati mediante

il processo fotosintetico sono immagazzinati come riserve che successivamente vengono utilizzate per il

mantenimento e la crescita del materiale strutturale. La ripartizione infine della biomassa tra radici,

foglie, steli e organi di riserva è fortemente legata allo stadio di sviluppo in cui si trova la pianta.

UMIDITA' LUCE TEMPERATURA

PIOGGIA Traspirazione Fotosintesi

potenziale potenziale

Stress

idrico Tasso

Infiltrazione Traspirazione Fotosintesi Superficie

reale fogliare

Stadio di

sviluppo

Evaporazione Biomassa

Contenuto Riserve strutturale

idrico Cre- aerea e

scita

rizosfera radicale

Mantenimento

Drenaggio Risalita

capillare

Fig. 4 - Schema dei processi da simulare per il livello produttivo 2.

Per il livello di produttività 2 i fattori chiave sono la quantità di acqua presente nel suolo e l'efficienza

con la quale la pianta è capace di utilizzare quest'ultima (Fig. 4). La carenza di acqua infatti, porta ad una

chiusura degli stomi ed alla conseguente immediata riduzione dei processi assimilativi e traspirativi. Il

rapporto tra il tasso di traspirazione attuale e quello potenziale costituisce un parametro utile per la

valutazione dello stato di stress idrico della coltura e viene, in generale, usato per unire il ciclo dell'acqua

con quello del carbonio. In queste condizioni la relazione tra crescita e fattori guida risulta, a differenza

di quanto precedentemente detto per il livello 1, di tipo indiretto, in quanto la quantità di acqua presente

nel terreno non dipende solamente dall'apporto meteorico ma anche dalla quantità di acqua persa

attraverso la traspirazione ed altri processi non produttivi.

Per il livello di produzione 3 la crescita è condizionata, oltre che dai fattori menzionati per i precedenti

livelli, dalla disponibilità di azoto. In questo caso però la relazione che esiste tra assorbimento di azoto e

crescita è leggermente diversa da quella tra assorbimento di acqua e crescita. L'azoto immagazzinato nella

pianta infatti, è suddiviso in una frazione mobile e in una fissa (Fig. 5) che può essere a disposizione per

la crescita di nuovi organi in quantità notevole. Questo rende, insieme alla capacità dei tessuti di

continuare a funzionare anche con concentrazioni di azoto inferiori alla metà di quella massima,

l'incremento di sostanza secca della pianta in gran parte indipendente dall'attuale assorbimento di azoto

dal terreno. Solo quando le riserve interne sono esaurite, infatti, la crescita della coltura è legata

direttamente al tasso di assorbimento di azoto dal terreno. BIOMASSA

AZOTO

AZOTO RIDISTRIBUZIONE FISSO

MOBILE Crescita

Assorbimento

Mineralizzazione AZOTO

AZOTO

ORGANICO INORGANICO

NEL SUOLO NEL SUOLO Fertilizzazione

Immobilizzazione Lisciviazione

Denitrificazione

Fig. 5 - Schema dei processi da simulare per il livello produttivo 3.

I processi cruciali del livello di produttività 4 sono molto simili a quelli del livello precedente; infatti,

anche in questo caso la pianta presenta una riserva interna di fosforo (Fig. 6). Notevoli differenze

esistono invece per l'assorbimento del fosforo da parte della pianta. In questo caso la concentrazione del

fosforo disciolto nel terreno è così scarsa che il tasso di assorbimento di fosforo da parte della pianta è

quasi sempre determinato dal livello di rifornimento. BIOMASSA

FOSFORO FOSFORO

MOBILE RIDISTRIBUZIONE FISSO Crescita

Assorbimento Densità

radicale

FOSFORO FOSFORO FOSFORO

ORGANICO

SOLUBILE

INORGANICO

Fig. 6 - Schema dei processi da simulare per il livello produttivo 4.

3.3 - Calibrazione

La calibrazione è una procedura attraverso la quale una o più serie di dati sperimentali vengono usati per

migliorare il livello di precisione del modello. Questo può avvenire attraverso l'aggiustamento di alcuni

parametri (soprattutto quelli presenti nelle equazioni empiriche) oppure mediante la modifica di alcune

parti del modello.

- Valutazione delle potenzialità

3.4

E' un'operazione fondamentale per una corretta applicazione del modello. Essa prevede due fasi distinte:

la validazione e l'analisi di sensibilità.

3.4.1 - Validazione

Per quanto riguarda la parte di validazione, si tratta di una procedura nella quale si confrontano i dati

simulati dal modello con dati sperimentali diversi da quelli impiegati nello sviluppo e calibrazione del

modello, in maniera da identificare la precisione di stima del modello. Può essere effettuata a due livelli:

sulle assunzioni o sulle previsioni. Nel primo caso la validazione viene realizzata per verificare in

anticipo se le equazioni utilizzate sono corrette. Nel secondo caso invece si valutano i risultati finali del

modello.

Per quanto concerne le procedure con cui si esegue la validazione queste possono essere suddivise in

quattro categorie di cui le prime due forniscono una valutazione qualitativa del modello e le restanti due

danno una valutazione quantitativa. Esse sono:

a) valutazione soggettiva: viene eseguita da parte di esperti che cercano di distinguere i dati simulati e

quelli osservati (procedura complementare, guida);

b) tecniche visive: si basano sul confronto, tramite grafici, tra i dati simulati ed osservati (procedura

informativa: corrispondenza dati e tendenza modello);

c) misure di spostamento: quantificano le differenze tra dati simulati e osservati. Applicabili per dati

accoppiati in funzione tempo, località trattamento, osservazioni correlate, ecc.. I principali indici

impiegati sono l'errore medio (MBE), l'errore medio percentuale (MBE%) e l'errore quadratico medio

(RMSE):

= −

MBE ( y y ) / n

o s

= ⋅ −

MBE % 100 (( y y ) / y ) / n

o s o

= − 2

RMSE ( y y ) / n

o s

dove y è il dato osservato, y è il dato stimato dal modello ed n è il numero di dati osservati o stimati.

o s

d) test statistici: sono applicabili ad osservazioni non correlate. In particolare, vengono normalmente

impiegati test come l'analisi della regressione, il coefficiente di determinazione (r²), l'efficienza del

modello (EF), ecc..

3.4.2 - Analisi di sensibilità

E' una procedura mediante la quale è possibile valutare la risposta del modello alla variazione dei

parametri ambientali e colturali presenti in esso. Nel caso della crescita della coltura è possibile osservare

come varia la produzione al variare della radiazione, della pioggia, della temperatura, dell'irrigazione, del

contenuto di azoto nel suolo, della latitudine, della tessitura del suolo, ecc. Questa analisi serve a fornire

importanti informazioni sul comportamento agronomico del modello indicando come l'ambiente, le

caratteristiche della coltura e le pratiche colturali influenzano la crescita e la produzione della coltura.

3.5 - Applicazione

Non è certo limitativo definire infinite le possibilità di utilizzazione dei modelli di crescita delle colture

nella ricerca, nell'applicazione a sistemi produttivi o come strumento di insegnamento. E' quindi possibile

fare solo una breve rassegna delle principali applicazioni finora realizzate:


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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in scienze e tecnologie agrarie
SSD:
Docente: Bindi Marco
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Cambiamenti Climatici ed Ecosistemi e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Bindi Marco.

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