5.1 Entità ontologiche

N 70 APPENDICE - MODELLISTICA E SIMULAZIONE Definire un ontologia permette di classificare e trattare entità diverse, le quali però condividono le medesime proprietà. Per esempio, i concetti di fotosintesi, evapotraspirazione e nitrificazione possono essere attribuiti alla categoria dei tassi di flusso mentre acqua nel terreno, biomassa e nitrati del suolo fanno riferimento invece alla categoria degli stati . Nel presente testo si impiega l ontologia della System Dynamics sviluppata da Forrester per i sistemi continui (J rgensen, 2002), ampliata per poter trattare anche i sistemi basati sugli eventi (Danuso e Rocca, 2014). In un sistema si possono trovare due tipi fondamentali di quantità: i materiali e le informazioni. Il termine materiale indica una quantità conservativa, che segue cioè la legge di conservazione. Può trattarsi di un materiale vero e proprio, ma anche di energia o di una entità concettuale come lo sviluppo conseguito da una pianta oppure lo spazio percorso da un veicolo. Le informazioni invece sono quantità non-conservative; non rispettano la legge di conservazione e sono ricavate da stati, flussi, parametri, variabili ed eventi, impulsi, al fine di regolare le dinamiche del sistema. Di seguito vengono descritte le diverse entità ontologiche impiegate. d d c u fl la s b n 5.1 Entità ontologiche 5.1.1 Stato. I materiali si possono ritrovare con diverse forme o proprietà, definite stati . Lo stato definisce un aspetto qualitativo di un materiale del sistema. Gli stati sono le memorie del sistema e anche le uniche informazioni che possiamo ottenere osservando il sistema reale. Durante la simulazione, le quantità di materiale in ciascuno stato (livelli) vengono calcolate con una procedura iterativa, a partire da valori iniziali forniti dall utente. d 5.1.2 Tasso di flusso. Un flusso è un fenomeno che trasferisce materiali da uno stato all altro oppure tra il sistema e l ambiente, con una certa velocità (tasso o rate). Quindi, generalmente, un tasso di flusso si presenta con un unità pari a una quantità divisa per il tempo. Ogni tasso di flusso è calcolato con un equazione che, matematicamente, esprime una derivata ed è caratterizzata dai seguenti elementi: stato di origine (source) stato di destinazione (sink) direzione del flusso (flow direction) forza motrice (driving force) obiettivo da raggiungere (goal ) costante di tempo (Tc) 5 v d m a s d c d ti Il concetto di flusso permette di rappresentare tutti i processi continuti che determinano il passaggio dei materiali da uno stato a un altro come il trasporto (modifica della posizione spaziale), la trasformazione (che implica modifiche nella composizione chimica, nel contenuto energetico, nella morfologia, nella funzionalità, nella forma, ecc.) o il cambiamento di qualsiasi altra qualità della materia. Il flusso di materia è quindi una rappresentazione concettuale dei processi di trasformazione di materia ed energia. Nel sistema colturale, fenomeni come l evapotraspirazione, la fotosintesi, la respirazione, la nitrificazione e l umificazione (ma anche lo sviluppo fenologico) vengono trattati come flussi, per i quali è possibile calcolare un tasso che varia istante per istante durante la simulazione. La trasformazione (cambiamento di stato) non è mai immediata: è richiesto un certo tempo perché questa si completi. L intensità del flusso (tasso) deriva sempre dall interazione tra una componente attiva (es. la differenza di potenziale elettrico) e una passiva (come la resistenza elettrica). N04_1_Modellistica.indd 70 5/31/18 11:41 AM c c m s a n it s c d s e s s

SEZIONE N
SEZIONE N
MATEMATICA, STATISTICA, SPERIMENTAZIONE, MODELLISTICA, MISURAZIONI
La razionalizzazione degli interventi agronomici richiede conoscenze su suolo, clima, colture e sistema biologico (microrganismi, parassiti, malattie, malerbe...), sulle loro interazioni ed evoluzione a seguito degli interventi agronomici. Per quanto possibile, all’approccio descrittivo (qualitativo) dovrebbe seguire quello quantitativo che, coinvolgendo dati numerici, richiede misurazioni o esperimenti che trovano la loro naturale elaborazione con l’ausilio di strumenti matematici, statistici e modellistici, al fine di ottenere conoscenze utili a scopo decisionale.L’aspetto quantitativo può determinare anche differenze qualitative: in base all’andamento economico (aspetto quantitativo), si può avere il fallimento dell’azienda (aspetto qualitativo).Le oscillazioni continue di contenuto idrico del suolo possono comportare sia variazioni quantitative (diminuzione di resa colturale per siccità) sia qualitative (la coltura muore per carenza idrica e la resa si annulla).Per trattare gli aspetti quantitativi, abbiamo bisogno di strumenti matematici che permettano di descrivere le relazioni tra variabili e di prevedere fenomeni e comportamenti semplici. Quando la complessità dei fenomeni da trattare aumenta, cresce anche l’incertezza, cui è legato il rischio. A questo punto possiamo scegliere la strada della descrizione statistica o quella dell’approccio di sistema, con l’applicazione dei modelli di simulazione. L’approccio statistico risulta inoltre fondamentale per trattare errori e variabilità nelle informazioni (compresi i rischi che ne derivano), sia nella sperimentazione di campo sia con i modelli.Nella presente Sezione N del Manuale dell’Agronomo vengono illustrati sinteticamente gli Strumenti matematico-statistici, nonché gli elementi per una corretta applicazione della Sperimentazione e della Modellistica in agricoltura. Completano la trattazione gli elementi relativi ai Sistemi di misura. Spetta all’Agronomo la scelta dello strumento di volta in volta più idoneo allo scopo, per qualità e utilità delle informazioni, ma anche per semplicità e rapidità con le quali si ottengono le informazioni richieste.Nell’attività professionale, l’uso di strumenti di supporto decisionale (modelli, GIS) o di procedure di elaborazione numerica è, oltre che utile, sempre più spesso richiesto dalle normative o dagli enti pubblici con cui il professionista si deve rapportare. Rimane all’Agronomo la responsabilità di verifica normativa e di un uso corretto e consapevole di questi strumenti.Coordinamento di SezioneFrancesco DanusoRealizzazione e collaborazioniMarco Acutis, Pierluigi Bonfanti, Gian Carlo Calamelli, Francesco Danuso, Massimo Lazzari, Tiziano Tempesta