Šíření kůrovce a jeho regulace (NetLogo)

From Simulace.info
Revision as of 18:38, 5 June 2016 by Agata (talk | contribs) (→‎Model)
Jump to: navigation, search

Práce zatím není kompletní!


Zadání

Název simulace: Šíření kůrovce a jeho regulace
Předmět: 4IT495 Simulace systémů (LS 2015/2016)
Autor: Bc. Agata Janeczková
Typ modelu: Multiagentní model
Modelovací nástroj: NetLogo

Definice problému

Simulace se bude zabývat aktuálním problémem přemnožení lýkožrouta smrkového (dále jen kůrovce) v českých lesích. Velký vliv na jeho šíření mají skládky vytěženého dříví, které kůrovec přednostně obsazuje. Za dlouhodobé skladování dříví v lese může jeho nedostatečný odbyt, popřípadě špatné plánování vytěžování dřeva a jeho následného exportu. Jako výchozí bod simulace je zvolena situace, kdy se v lese objevila první kůrovcová ohniska. Je možné uvažovat jako začátek tzv. zvýšený stav kůrovce. Ten nastane, vytěžíme-li více jak 1 m3 kůrovcového dříví na 5 ha lesa. Simulací bych chtěla nastínit, jak by bylo možné v takovém případě postupovat, aby les utrpěl minimální ztráty. Uvažovaný princip regulace je následovný. K ochraně skládek budou použity insekticidní sítě (modré skládky), které brouka při kontaktu kontaminují a ten během relativně krátké doby umírá. Regulace kůrovce probíhá primárně díky použití těchto ochranných sítí na stanovené procento nově vytvářených skládek. Dále je například možné nastavit množství vyváženého dříví (počtu skládek), množství přidávaných skládek v jednom kole, parametry týkající se průměrného objemu a stáří dospělého stromu, či způsob vysazování mladých stromků. Přitom jsou průběžně sledovány příjmy plynoucí z exportu vytěženého dřeva v závislosti na jeho kvalitě a také náklady na ochranné sítě tak, aby se jejich zavedení ještě vyplatilo. Model abstrahuje od detailního procesu rozmnožování a vývoje kůrovce.

Přístup k řešení

Předmětem simulace je vymezená část lesa, která bude mít jako výchozí takové množství zdravých stromů a stromů napadených kůrovcem, aby situace odpovídala zvýšenému stavu (viz bod 2). Model představuje zalesněnou plochu 10 201 m2 (1 ha). Zvýšený stav kůrovce v tomto případě nastane, pokud na modelové hektarové ploše vytěžíme minimálně 0,2 m3 kůrovcového dříví. To nastane už při počátečním nastavení jednoho kůrovcového ohniska, jelikož uvažovaný objem stromu je roven 2,5m3 (výchozí nastavení). I když nastavíme na začátku počet kůrovcových ohnisek na minimální hodnotu (1), situace již odráží požadovaný stav. Počet ohnisek je na začátku simulace nastaven o něco vyšší (10), jelikož při nastavení na minimální hodnotu proběhne eliminace kůrovce velmi rychle. Jako místo skládky je totiž vybrána oblast s nejvyšším výskytem kůrovcem napadených stromů. Což by v případě jednoho ohniska vedlo i při vytvoření pouze jedné další skládky k jeho okamžité eliminaci. Takto rychlá detekce kůrovce je v reálném světě nepravděpodobná.

  1. Základní stav - na 5 ha vytěžíme do 1m3 kůrovcem napadeného dříví.
  2. Zvýšený stav - vytěžíme-li více jak 1 m3 kůrovcového dříví a nalezneme-li již ohniska ("kůrovcová kola") v mladších porostech.
  3. Kalamitní stav - stav lýkožrouta lesklého, kdy dochází k rozsáhlému napadení smrkových porostů.[1]

Průměrná zásoba dřeva v České republice na 1 ha lesních pozemků je 265 m3. Výchozí nastavení objemu stromu je rovno 2,5 m3 dřeva. Pro potřeby modelu jsem vzala průměrné hodnoty z tabulky viz (Tabulka objemu). Dospělý strom je tedy 14 m vysoký a jeho průměr dosahuje 50 cm. Předpokladem je fakt, že kůrovec obsazuje přednostně materiál čerstvě odumřelý (skládky).[1] V případě výskytu kůrovce v určitém okolí skládky (uvažován okruh o průměru 15 m) se již dále lýkožrout nešíří. Tato situace nastává při obsazení skládky jak chráněné tak nechráněné. Jelikož v případě skládky s ochrannou sítí nastává smrt kontaminovaných brouků a v případě nechráněné skládky se ze skládky stává lapač. Čili skládka se při prvním náletu mění na napadenou (lapač) a kůrovci svými feromony přilákají další jedince. Taková skládka je preferovaná před zdravými stromy. Tato preference platí i pro chráněnou sládku, jelikož ochranná síť je pro potřeby nalákání kůrovce napuštěna feromony. Pokud není v určité vzdálenosti skládka, kůrovec se šíří tak, že napadá zdravý náhodný strom. Přičemž přes 50 % brouků napadá stromy do 40 metrů, do 500 metrů létá 98 % brouků. To je také vzdálenost, která se pokládá za dostatečnou ochrannou vzdálenost před napadením kůrovcem.[2] V modelu je nastavena ještě 3% pravděpodobnost vyhynutí kůrovce na daném stromě, kdy se strom ubránil díky zvýšené produkci pryskyřice. Lýkožrout se totiž snaží, aby jich ve stromě bylo více a při překročení kritického množství už se strom neubrání a uschne.[3]

Model

Uživatelské rozhraní

Obr. 1 Hlavní obrazovka simulace

Typy agentů a jejich vlastnosti

Obr. 1 - Přehled agentů

STROM (patch)

time-growth - stáří stromu pro zjištění, kdy strom dosáhne požadovaných rozměrů

SKLÁDKA (timber)

age - stáří skládky
n-trees - počet stromů na skládce pro účely výpočtu příjmů z exportovaného objemu dřeva a také pro určení počtu nově vysazených stromků

CÍLOVÝ BOD (target)

attacked-neighb - počet napadených sousedů napadeného stromu, pro účely nalezení nejvíce kůrovcem zasažené oblasti (cílového místa skládky)

Přehled agentů

* * * Strom
* * * Mladý strom
* * * Strom napadený kůrovcem

 Suchý strom (bílá)

* * * Skládka (vytěžené dřevo)
* * * Napadená skládka (slouží jako lapač)
* * * Modrá skládka (ochranná síť)

 Cílový bod (skrytý)

Vstupní parametry

Průběh simulace je ovlivněn nastavitelnými parametry. Cílem simulace je regulace kůrovcem napadených stromů pomocí vhodného nastavení vstupních parametrů. Klíčovým parametrem je % skládek zabalených do ochranných sítí, s čímž se pojí pořizovací náklady. Ty jsou kontrolovány tak, aby se množství ochranných sítí vyplatilo s ohledem na příjmy z exportovaného dřeva.

Les
  1. attack-start - počet ohnisek kůrovce na začátku simulace
  2. density - hustota lesa, která se udržuje po celou dobu simulace
Skládky
  1. new-timbers - počet přidávaných skládek v každém kole
  2. ex-timbers - počet exportovaných skládek v každém kole
  3. percent-of-safe-timbers - % přidávaných skládek, keré jsou zabaleny do ochranné sítě
  4. blue-price - cena ochranné sítě (1 ks vystačí na jednu skládku)
Stromy
  1. tree-volume - objem dospělého stromu
  2. m3-price - cena za m3 zdravého dřeva
  3. m3-price-attacked - cena za m3 napadeného dříví (palivo)
  4. new-age - stáří vysazovaných mladých stromků na místě bývalé skládky
  5. old-one - věk, kdy se strom stává dospělým

Další nastavení modelu

  1. timber-cut-dist ( '4' ) - okruh skácení stromů pro vytvoření skládky
  2. timber-dist ( '15' ) - dosažitelnost skládky, preference přesunu kůrovce
  3. flying-range ( '40' ) - 50% broků létá do vzdálenosti 40 m
  4. seeds ( '30' ) - nahrazení % mrtvých stromů malými samovolně rostoucími semenáčky

Ovládání

Ovládat simulaci lze pomocí následujících tlačítek. Krokování modelu znamená krok vpřed o rok.

  • | S | Setup- připravení modelu ke spuštění s aktuálně nastavenými parametry
  • | G | Go- spuštění simulace, ta běží, dokud nedojde k:
1) eliminaci kůrovce (print " Les je ZACHRÁNĚN ")
2) eliminaci zdravých stromů (print " Les se NEPODAŘILO ZACHRÁNIT ")
  • |  I  | Initial settings- nastaví všechny vstupní parametry na výchozí a provede Setup

Sledované ukazatele

Obr. 2 - Přehled sledovaných ukazatelů

Zde je výčet sledovaných ukazatelů. Vývoj důležitých ukazatelů je sledován v průběhu času díky grafům (viz Obrázek 2). Na začátku byla myšlenka primárně sledovat vývoj nákladů na pořízení ochranných sítí, aby jejich výše byla únosná. Model však poukázal na výši nákladů spojených s pořízením ochranných sítí, které jsou v porovnání s příjmy za exportované dřevo ve většině případů zanedbatelné.

  1. % of attacked trees - % napadených stromů z celkového počtu stromů
  2. Attacked trees - počet napadených stromů
  3. All trees - počet všech stromů
  4. Safe timber used - počet skládek zabalených do ochranných sítí
  5. Costs (safety) - náklady na pořízení ochranných sítí
  6. Sum of exports - celkový počet exportovaných skládek

Zdroje

  1. ↑ 1.0 1.1 Lýkožrout lesklý - Pityogenes chalcographus (L.) [online]. 2007 [cit. 2016-04-20]. Dostupné z: www.silvarium.cz/images/letaky-los/2007/2007_lykozrout_leskly.pdf Cite error: Invalid <ref> tag; name "stavy" defined multiple times with different content
  2. ↑ Tak malý a tak obávaný – lýkožrout smrkový [online]. 2009-10-22 [cit. 2016-05-20]. Dostupné z: www.ekolist.cz/cz/publicistika/priroda/tak-maly-a-tak-obavany-lykozrout-smrkovy/
  3. ↑ Nelson WA, Lewis MA. Connecting host physiology to host resistence in the conifer-bark beetle system. Theoretical Ecology. 2008 [cit. 2016-05-21].
Retrieved from "http://www.simulace.info/index.php?title=Šíření_kůrovce_a_jeho_regulace_(NetLogo)&oldid=11469"