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虾生产模拟模型

Ruby A.Montoya博士 马里奥·贝拉斯科(Mario Velasco) 博士

提高耕作效率的有力工具

仿真模型
模拟模型可帮助农场管理者评估并计划一系列影响生产绩效的因素。

计算机的发展导致了数学模型的发展,以帮助解决复杂的问题。最常见的模型是用于业务应用程序的电子电子表格(例如Microsoft Excel)。这些汇总了一系列成本和收入关系,以允许整体检查业务行为。这可以帮助经理选择使整体盈利能力最大化的业务方案。

将相同的建模概念应用于虾池,以表征这些复杂生态系统中的物理,生物和化学过程。这有助于管理人员确定在不影响环境和社会影响的情况下最大限度地提高获利能力的干预措施。为应对虾塘内多种,相互作用和不断变化的因素的巨大复杂性,我们开发了一种模拟类型的模型(参见插图中对各种因素的简要描述)模型类型)。

仿真模型开发

我们的模拟模型是为代表低水交换,高强度虾类生产系统而开发的,该系统接受干饲料并具有强大的细菌和浮游植物微生物群落。该模型具有生物区隔和经济区隔(请参见下图)。该模型是机械的和确定的。

生物隔室

生产模拟模型
图1:多重且始终在变化的生物,经济,
环境和社会因素限制了科学研究在预测水产养殖生产系统行为方面的应用。虚线表示信息传递。实线表示材料转移。

生物隔间每天将氮和磷作为饲料添加到培养系统中。它估计虾的饲料消耗率和新陈代谢率。它还代表未进食的饲料(整个颗粒和颗粒),粪便,氨氮排泄和无机溶解磷的损失。

虾中掺入的氮决定虾的生长。异养细菌使用未进食的饲料和粪便中的氮和磷,这些细菌可能会再生氨,具体取决于这些有机底物的碳氮比(C:N)。氨所排出的氮被异养菌和硝化细菌利用。硝化细菌的活性决定着氨和亚硝酸盐的水平,影响虾的生存。

以这种方式,该模型可用于在培养周期的任何时间点检查以下参数的任何组合的效果:

  • 喂食速度
  • 进料频率
  • 喂食时间
  • 每次喂食的饲料量
  • 膳食蛋白质水平
  • 蛋白质消化率
  • 饲料刺激作用的持续时间
  • 饲料稳定性
  • 饮食中有机和无机磷水平
  • 有机磷和无机磷的利用率
  • 无机磷的浸出率
  • 初始虾数
  • 初始虾重
  • 初始氨,亚硝酸盐和硝酸盐浓度。

这些因素影响:

  • 虾生长
  • 虾的存活率(由于氨和亚硝酸盐的毒性水平以及特定地点的死亡率)
  • 总无机磷浓度
  • 有机磷负荷
  • 氨,亚硝酸盐和硝酸盐的浓度
  • 有机氮负荷

该模型还通过死亡率警告显示来预测所需的水交换。

生产模拟模型
图2:模型的生物区室。阴影区域表示生物区隔和经济区隔的交叉点。

经济舱

经济舱可以预测每日的运营成本和总运营成本,并可以根据市场偏好(正面应对或两者兼而有之)比较获利能力。经济子模型使用生物区隔预测的虾生长和存活率来更新成本和获利能力。

生产模拟模型
图3:模型的经济舱。阴影区域表示生物区隔和经济区隔的交叉点。

模型表现

将模型结果与得克萨斯州A未发表和发表的研究结果进行比较&M Shrimp海水养殖项目(美国得克萨斯州),Waddell海水养殖中心(美国南卡罗来纳州)和海洋研究所(美国夏威夷)。该模型以90%的置信度预测这些类型系统中虾的生长和存活率。目前正在努力将模型预测与商业集约化生产的生产和水质结果进行比较。

该模型确定的需要重点考虑的关键领域之一是确定系统中的初始细菌和浮游植物群落,因为它们在营养循环中起着重要作用。为了更准确地表示细菌和浮游植物的动力学,目前正在构建一个碳循环子模型,以将其添加到上述生物舱中。这是这类模型的另一个优点。它可以灵活地在后续步骤中接受其他组件,同时使用当前模型来工作并生成结果。

结论

随着虾养殖系统的发展,人们越来越需要强大的工具来预测预期干预措施的经济,社会和环境影响。仿真模型是一个强大的工具,因为由于成本和时间限制,它们允许组合无法一次进行实验检查的任何数量的因素。

仿真模型可用于预测最关键的管理因素和水平,从而优化时间和资源。它们还可以表示随机情况(例如大规模死亡和较低的市场价格)对一般生产要素的影响。这使管理人员可以提前计划并制定适当的风险管理措施。

型号是 …

尽管为水产养殖开发的模型可以通过几种方式进行分类,但基于构建模型的方式或结构对其进行广泛分类是有益的。根据其构造,模型可以是生物模型,生物物理模型,经济模型或生物经济学模型。根据模型的结构,模型可以是静态或动态,经验或机械模型,确定性或随机模型以及模拟或分析模型。

静态/合成

静态模型描述的是不会随时间变化的关系,例如某些回归类型。动态模型描述了随时间变化的关系,例如将时间作为变量的回归。

经验/机制

开发了经验或相关模型来描述一组关系,而不考虑在实际系统中运行的过程的适当表示(例如,仅根据身体大小预测代谢率的模型)。开发了机制或解释性模型来表示系统行为背后的因果机制(例如,将代谢率表示为身体大小,活动水平和环境温度的函数的模型)。

确定性/随机

如果模型仅包含非随机变量,则该模型是确定性的(例如,将能量需求与环境温度相关的模型)。同时,随机模型包含随机变量(例如,上面的模型,其中环境温度表示为温度范围内的随机变量)。因此,在一组条件下的随机预测并不总是完全相同。)

分析/模拟

指数人口增长等模型可以通过数学上的封闭形式进行求解,具有解析性。模拟模型没有通用的解析解。因此,必须针对每种特定情况使用一组特定的算术运算来数值求解它们。一个例子是人口增长模型,它是对资源,疾病和环境变化的可用性的响应。

此模型分类不​​是排他性的,可以与其他模型类型组合以准确描述系统。例如,我们可以建立一个随时间变化的仿真模型,并且没有代表生物过程的分析解决方案。但是,它也可以是机械的(解释内部动力学)和确定的(没有随机变量)。

复杂系统的仿真模型

在大多数情况下,当兴趣集中在复杂系统上时,仿真模型是最适合使用的工具。复杂系统是指具有许多紧密相关组件的系统。同样,复杂系统的动力学不能用统计学上的平均趋势来表示,因为各组成部分之间的相互关系会导致非随机行为(即鱼类生物量今天影响饲料消耗,明天将再次影响生物量等等)。

(编辑’注意:本文最初发表于2001年2月的 全球水产养殖倡导者


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