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Verwendungszweck

Persefone.jl ist ein mechanistisches Modell sozial-ökologischer Systeme in der Landwirtschaft in Europa. Es simuliert landwirtschaftliche Praxis, Pflanzenwachstum und Artenvielfalt auf der Landschaftsebene.

Die Ziele des Modells sind:

  • unser Verständnis von Biodiversitätsdynamiken in Agrarlandschaften zu vertiefen,
  • Interaktionen zwischen politischen, wirtschaftlichen und ökologischen Prozessen zu erforschen,
  • (sozial-)ökologische Konsequenzen politischer Entscheidungen zu evaluieren.

Zu diesem Zweck stellt Persefone.jl eine Sammlung von Modellen von Landwirtschaftsbetrieben, Nutzpflanzen und Wildtierarten zur Verfügung. Diese können einfach für neue Simulationsexperimente genutzt werden. Das Modell ist konzipiert, um leicht anpassbar zu sein und bietet eine Open-Source Plattform, die von Modellierern zu ihren eigenen Zwecken weiterentwickelt werden kann.

Persefone.jl ist noch in Entwicklung. Eine erste Version soll im Sommer 2024 veröffentlicht werden.

A field of ripe grain in Thuringia, © Daniel Vedder

Bestandteile

Persefone.jl beinhaltet eine Sammlung von Teilmodellen, um die verschiedenen Komponenten landwirtschaftlicher sozio-ökologischer Systeme zu simulieren:

Landwirtschaftsbetriebe

In der ersten Version wird Persefone.jl typische Fruchtfolgen in verschiedenen Regionen Deutschlands abbilden. Jede Fruchtfolge wird dabei begleitet von passenden Managementpraktiken, wie Bodenbearbeitung, Düngung, Pestizideinsatz und Ernte. Diese Standardprozesse werden beeinflusst durch einstellbare Politikszenarien (z.B. neue Regelungen oder Subventionen).

In späteren Versionen werden wir das Modell erweitern, um die komplexen Prozesse landwirtschaftlicher Entscheidungsfindung realistischer zu modellieren. Dieses erweiterte Modell wird den ökonomischen, sozialen, ökologischen und regulatorischen Kontext berücksichtigen, in dem Landwirt:innen Entscheidungen treffen. Somit kann die Reaktion landwirtschaftlicher Betriebe auf politische oder wirtschaftliche Änderungen abgeschätzt werden, sowie deren Auswirkungen auf Agrarlandschaften und -ökosysteme.

Nutzpflanzenwachstum

Das Modell simuliert das Wachstum mehrerer europäischer Nutzpflanzenarten basierend auf realen Wetterdaten und den Managementpraktiken der Landwirt:innen. Aktuell verwendet Persefone.jl dafür das Pflanzenwachstumsmodell aus dem ökologischen Modell ALMaSS . In Zukunft wird zusätzlich das detailliertere Pflanzenmodell "AquaCrop" der FAO in Persefone.jl eingebaut werden.

Indikatorarten

Persefone.jl beinhaltet individuen-basierte Modelle mehrere Tierarten, die als Indikatorarten für Agrarökosysteme bekannt sind. Jedes Artenmodell simuliert Prozesse wie Fortpflanzung, Ausbreitung und Nahrungssuche.

Die erste Version wird folgende Artenmodelle beinhalten:

  • Vögel: Feldlerche (Alauda arvensis), Goldammer (Emberiza citrinella), Rotmilan (Milvus milvus)
  • Schmetterlinge: Großes Ochsenauge (Maniola jurtina), Kleines Wiesenvögelchen (Coenonympha pamphilus)

Später werden zusätzlich Populationsmodelle wichtiger funktioneller Typen von Insekten hinzugefügt werden (z.B. Bestäuber, Schädlinge, natürliche Fressfeinde).

A valley in the Hohenlohe region of Germany, © Daniel Vedder

Anwendung

Persefone Desktop screenshot

Persefone.jl ist hauptsächlich dazu gedacht, auf einem Hochleistungsrechner (HPC) verwendet zu werden, da die Simulation einer großen Anzahl von Individuen hohe Anforderungen an die Rechenkapazität stellt. Daher ist das Modell in erster Linie dazu konzipiert, über die Kommandozeile verwendet zu werden (z.B. in der Linux Shell oder der Julia REPL). Um große Simulationsexperimente einfacher zu machen, unterstützt das Modell Parallelisierung und die automatische Aufsetzung von “full-factorial” Experimenten.

Für explorative Simulationen steht jedoch auch eine graphische Benutzeroberfläche (GUI) zur Verfügung, die auf einem PC laufen kann. Persefone Desktop kann verwendet werden, um die Funktionsweise des Modells zu erkunden, neue Einstellungen auszuprobieren oder bei der Entwicklung zu helfen. Mit dieser Benutzeroberfläche kann die Simulation angehalten, vor- und zurückgespult werden und die Modelllandschaft in Echtzeit untersucht werden (siehe Bildschirmfoto oben).

Dokumentation      Quellcode      Download

Veröffentlichungen

Falls Sie Persefone.jl für ein wissenschaftliches oder fachliches Projekt verwenden, zitieren Sie bitte diese Webseite. (Ein Fachartikel, in dem das Modell beschrieben wird, ist noch in Vorbereitung. Er wird hier verlinkt werden, sobald er veröffentlicht ist.)

Wenn Sie Persefone.jl erweitern oder modifizieren, halten Sie sich bitte an die Bestimmungen der MIT Lizenz.

Team

Project and institutional logos

Persefone.jl wird als Teil des Forschungsprojekts “CAP4GI - GAP für vielfältige Landschaften ” entwickelt. Dieses Projekt bringt Ökologen, Ökonomen, Umweltorganisationen und Landwirt:innen zusammen, um Empfehlungen für die Europäische Agrarpolitik zu erarbeiten. Es wird finanziert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt (FEdA .

Das Modell wird entwickelt von Wissenschaftler:innen am Helmholtz Zentrum für Umweltforschung - UFZ und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig . Leitender Entwickler ist Daniel Vedder , Projektbetreuer ist Guy Pe'er .

A field of green grain in Thuringia, © Daniel Vedder

Alle Bilder © Daniel Vedder.