Ivan M unk Afdeling fo r Arealdata og Kortlægning
Resume
En projektgruppe har udarbejdet en redegørelse og systembeskrivelse vedrørende kvælstofudnyttel- sen, herunder udarbejdet en prototype af en model for omsætning af kvælstof i alle procestrin fra dyret fodres til planternes optagelse af kvælstof. Det var her en central opgave, at kvantificere de enkelte led i omsætningskæden. Udviklingen og strukturen af modellen HUGO beskrives, og der gives eksempler på anvendelse. Endvidere beskrives videreudvikling og fremtidig anvendelse af modellen.
Summary
A review is given of the entire chain of processes from production of manure in the stable to utilization of nitrogen by plants in the field. A description of a prototype of a system analysis model for this chain of processes is given, aiming at a quantification of existing knowledge for use in operational context. Five steps were identified in the chain of processes for livestock manure: 1.
Feeding and manure production, 2. Manure dynamics in the stable, 3. Manure storage and treatment, 4. Manure application on the field and 5. Nitrogen cycling in soil and uptake by plants.
The system analysis model based on the same chain of processes has been programmed on a PC.
Each step in the model accounts for: input of nitrogen, loss of nitrogen and remaining nitrogen in the system. In step 5 only uptake of nitrogen by plants was considered. Within the present project it was not possible to include the complicated and dynamical processes in the soil necessary to describe losses from this step. Examples of calculations with this model are also given. The parameters in the model are partly based on research results and partly estimates. The model can be made more detailed as new knowledge arises.
Indledning
Med den nuværende håndteringspraksis er udnyttelsen af husdyrgødnings indhold af plan- tenæringsstoffer ofte for lav, og der er ikke tilstrækkelig viden om, i hvilke led i omsæt
ningskæden en forbedring har størst effekt.
1 1989 nedsatte Landbrugets Samråd for Forsk
ning og Forsøg en tværfaglig projektgruppe, som skulle udarbejde en redegørelse og system
beskrivelse vedrørende kvælstofudnyttelsen, herunder udarbejde en prototype til en model (Hansen et a l 1990). I herværende artikel beskrives udarbejdelsen af denne model, der fik navnet HUGO (HUsdyrGødningsOmsætning).
Formål
Modellens formål er at kvantificere de enkelte led i omsætningskæden, herunder tabsposter under kvælstoffets vandring fra dyr til planteop- tagelse. Der er således i første omgang satset på kvælstof velvidende, at andre stoffer også er af interesse.
Gennem videreudvikling skal modellen gøre det muligt at vurdere konsekvenserne af ændringer i drift, praksis, metoder eller udstyr. Overordnet kan en udviklet model anvendes som et hjælpe
middel i forskning og undervisning, samt anven
des til følsomheds- og konsekvensanalyse af enkelte led i kæden. Sidstnævnte kan direkte være et værktøj til at udpege de led i den totale kæde, som giver de største tab, dvs. som vil være mest relevant at sætte ind på forsknings- og undersøgelsesmæssigt eller med ændring i driftsformer.
Anvendelse
Modellen fungerer jvf ovenstående formålsbe
skrivelse både som inspirator, katalysator og værktøj, og den kan forfines parallelt med at forskningen bringer nye data og ny viden.
Modellen kan, når tilstrækkelig viden og data foreligger, beregne næringsstofomsætningen for husdyrgødning på den enkelte landbrugsbedrift.
Den kan således indgå som et beslutningsværk
tøj i rådgivningstjenesten i vurdering af konse
kvenserne af forskellige dyrkningssystemers indflydelse på miljø, gødningstildeling, udbytter og økonomi Modellen kan udbygges til at omfatte husdyrgødningens indhold af fosfor og kalium samt størrelse, udformning og kapacitet af bedriftens samlede produktionssystem. På længere sigt må handelsgødning også indgå i modellen.
Herværende model dækker et delområde, - det er en produktrønsmodel, som kan indgå i den endelige model på bedriftsniveau. Den tjener som en demonstration af, hvordan den færdige model vil kunne anvendes som et operationelt værktøj. Og allerede nu har den også en værdi med hensyn til udpegning af forskningsområder.
Systembeskrivelse
Systembeskrivelsen, i datalogisk sammenhæng kaldet begrebsmodellen, beskriver de princip
per, der skal ligge til grund for edb-modellen.
Den skal således bestå af en algoritme, der redegør for beregningen af udnyttelsen af kvælstof på en vilkårlig landbrugsbedrift under de individuelle forudsætninger, der måtte gælde for denne. Modellen struktureres i S procestrin:
1. Foderomsætning og gødningsproduktion 2. Gødningsomsætning i stakl
3. Gødningslagring og -behandling 4. Gødningsud- og nedbringning
5. Kvælstofomsætning i jord og optagelse i afgrøderne
For hver af disse procestrin er taget udgangs
punkt i den foreliggende viden om hvilke fak
torer, der især er af betydning for omsætnin
gen. Hvert trin er en omsætningsproces, hvor kvælstof output fra et trin er input i efterføl
gende trin. I hvert trin er der desuden et tab til omgivelserne samt en optagelse af kvælstof.
Modellens kvælstof input stammer fra foder og strøelse.
Den overordnede sammenhæng mellem de S procestrin ses illustreret i figur 1.
For hvert procestrin er omsætningen herefter beskrevet. I figur 2 ses et eksempel på, hvor
ledes sammenhængen mellem input, omsæt
ning, tab og output for et enkelt procestrin kan illustreres.
Med henblik på udvikling af modellen har arbejdet omfattet en vurdering af, i hvilket omfang der eksisterer eller kan frembringes data eller beregningsmæssige sammenhænge, som er nødvendige for at udvikle en korrekt model af virkeligheden.
Ud fra systembeskrivelsen er valgt nogle cases, som består af et stærkt begrænset antal af den totale systembeskrivelses variationsmuligheder.
Der beregnes således p .t udfra en simplificeret landbrugsdrift med en begrænset valgmulighed
C
Foder ' )Fig. 1 Diagram over den overordnede sammenhæng mellem de 5 procestrin (Hansen et. al. 1990) mellem dyrearter, jordtyper, udbringningstids-
Frø begrebsmodel til edb-model
punkter, etc. på dette grundlag udarbejdes en prototype til en edb-modeL, således at det er muligt at de
monstrere anvendelsen af en model, herunder
Fig 2 Eksempel på diagram over et procestrin, her trin 5 (Hansen et al. 1990) demonstrere og opnå erfaringer med såvel
begrænsninger som fremtidige muligheder.
Den foreligger som køreklar edb-program, og kan anvendes som om det var den færdige modeL Blot er detaljeringsgraden af beregnings
masssige sammenhænge lav, ligesom det er et begrænset antal situationer (cases), som den kan beregne for.
Grundbestanddelen i modellen er de bereg
ningsmasssige sammenhænge ud fra
systembe-skrivelsen med anvendelse af data indsamlet og bearbejdet af projektgruppea
Modelprogrammet indeholder i sin egenskab af et program selve strukturen i modellen m.h.t.
beregninger i form af en algoritme. Udover denne beregningsalgoritme anvendes en del tal stammende fra udredninger eller forsøg. Disse tal kaldes her procesparamet re. Som eksempel på en procesparameter kan nævnes "fordamp
ningsprocent". Procesparametre foreligger som
ligninger, tal eller tabeller.
For at udføre en beregning med modellen skal oplyses de faktiske forhold for den bedrift, kvælstofudnyttelsen skal beregnes for. Der skal derfor ved en modelkørsel oplyses et antal situationsparametre, som beskriver den til grund for beregningen aktuelle situation. Som eksempler på situationsparametre kan nævnes
"besætningstype", "afgrøde" og "gyllesprederty- pe". Et eksempel på skærmbillede med situa
tionsparametre er vist i figur 3.
Situationsparametre Situationsvalg vedr. foderomsætning (trin 1) Dyr: valg A » Ko med spadkalv (irsko, tung race)
valg B = So m/pro. af 20 smdgrise (årsso) valg C = Slagtesvin
Foder:
For kvag, valg mellem fodermangde Fl: min (4400)
F2: norm (5060) F3: max (5800)
For kvag, valg foderkvalitet (gram N pr foderenhed) G1: min1 (27)
G1: min2 (30) G2: norm (32) G3: max (34) For svin og søer:
F4: tørfoder, fast mangde og kvalitet
Situationsvalg vedr. gødningsomsatning i stald (trin 2) Staldsystem hvis kvag: valg A = Fast staldgødning/ajle
valg B = Gylle (p.t. højt tørstof
indhold antaget) Staldsystem hvis svin: valg C = Gylle / højt tørstof
valg D = Gylle / lavt tørstof Ophold: For kvag: HelArsstald, bindestald
For svin: Helärsstald
Tryk ENTER for naste skarmbillede
Fig 3. Eksempel på skærmbillede med situationsparametre
Procesparametrene er for så vidt konstante, men mange af dem er i denne model justerbare, dels fordi de indtil videre i nogle tilfælde er baseret på et spinkelt grundlag, men også fordi en følsomhedsanalyse af enkeltparametre så er
muligt. Man kan ved PCen i en dialog med programmet meget simpelt ændre en eller flere af de indlagte procesparametre, og derefter på dette grundlag køre en modelberegning. Et ek
sempel på skærmbillede med procesparametre er vist i fig. 4
—■ Procesperarae tre TRIN 4 (1. del) Udbringning og nedbringning
NH3 tabsprocenter:
1 : Amn-tab v/bladspreder : 3 X 2 : Amn-tab y/pendul spreder 3 X 3 : Aram-tab v/spredebom : 2 X 4 : Aim-tab ved slabeslanger : 1 X 5 : Aim-tab ved nedfatdning : 0 X 32 : Aim-tab ved spredevogn 1 X
Tast: tal for ret vardi / N for naste / ESC for retur til menu
Fig. 4. Eksempel på skærmbillede med procesparametre.