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Zielsetzung

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

Es kann benutzt werden für die:

  • sozio-ökologische und agrarökologische Forschung. Persefone.jl stellt eine Kollektion von Modellen von Landwirtschaftsbetrieben, Nutzpflanzen und Wildtierarten zur Verfügung. Diese können einfach für neue Simulationsexperimente genutzt und angepasst werden.
  • Erstellung neuer Tiermodelle. Persefone.jl bietet eine anpassbare Open Source Plattform für die Programmierung neuer Artenmodelle. Der Modellkern kümmert sich um generische Aufgaben wie das Einlesen von Kartendaten oder das Speichern von Ergebnissen, sodass sich ökologische Modellentwickler:innen ganz auf ihr Tiermodell konzentrieren können. Die Verwendung der wissenschaftlichen Programmiersprache Julia sorgt für gute Performance.
  • Politikberatung. Persefone.jl unterstützt Entscheidungsträger:innen, indem verschiedene Handlungsoptionen als Szenarien simuliert werden können um eine Folgenabschätzung vorzunehmen. Durch die hohe Flexibilität des Modells lassen sich so schneller erste Eindrücke gewinnen als durch herkömmliche Feldstudien.
Persefone.jl ist noch in Entwicklung. Eine erste Version soll im Frühjahr 2024 veröffentlicht werden.

A field of ripe grain in Thuringia, © Daniel Vedder

Komponenten

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).

Die ausführliche Modelldokumentation findet sich hier (englisch).

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

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 . Leitende Entwickler sind Daniel Vedder und Lea Kolb , Projektbetreuer ist Guy Pe'er .

A field of green grain in Thuringia, © Daniel Vedder

Alle Bilder © Daniel Vedder.