Ejercicio de caso DS: ciclaje de nutrientes en sistemas ganaderos

Charles Nicholson

Department of Applied Economics and Management, Cornell University

El proceso de modelaje con DS Articular el problema

Comportamiento del “modo de referencia” Formular una hipótesis dinámica

Estructura reserva-flujo-retroalimentación para explicar el comportamiento

Formular el modelo de simulación Probar el modelo de simulación Examinar políticas y prácticas alternativas

Este ejercicio estará enfocado en los primeros dos pasos Articular el problema

Comportamiento del “modo de referencia” Formular una hipótesis dinámica

Una hipótesis preliminar sobre la estructura que causa el(los) comportamiento(s) observado(s)

Formular una hipótesis dinámica 2 etapas: 1) Diagrama de ciclos causales (DCC)

Como acabamos de ver 2) Estructura reserva-flujo-retroalimentación

(SFD) Una práctica de estas dos técnicas de

“mapeo” para explicar el comportamiento

El “modo de referencia”

Conjunto de gráficas que demuestran la formulación del problema Podría incluir otros datos

Definir variables de interés claves Definir un horizonte de planificación

apropiado Relevante para comprender (los orígenes) del

problema

Ejemplo: la población de México

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

160,000

1800 1850 1900 1950 2000 2050

mile

s de

per

sona

s

lo observado Predicción

La “hipótesis dinámica”

Estructura que explica el comportamiento observado El enfoque en factores endógenos, no externos

En términos de una estructura de reserva-flujo-retroalimentación

Una teoría de trabajo—sujeto a revisión Al aprender más sobre la situación de otras

investigaciones, modelaje, u observación directa Puede haber muchas hipótesis para el mismo

problema Perspectivas diferentes y “modelos mentales”

Estudio de caso en dinámica de nutrientes Leer el resumen del problema Desarrollar un diagrama del “modo de

referencia” Desarrollar un diagrama de ciclos causales

Diagrama de redondeles de retroalimentación

Área de estudio de Bertha Rueda

Modo de referencia

Bosquejar el modo de referencia para la cantidad de nutriente “genérico” en la capa superior del suelo de la Amazonía Brasileña occidental Basado en las observaciones de Rueda (2003) Dibujar y nombrar los ejes con cuidado

Justificar su elección de horizonte de planificación (tiempo)

Bosquejar el modo de referencia para la Amazonía Brasileña oriental ¿Cuáles son los comportamientos fundamentales?

Modo de referencia: nutrientes en la capa superior del suelo

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Años después de tumba

Nut

rien

te, k

g/ha

Amazonía occidental Amazonía oriental

Modo de referencia: biomasa de pasto

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Años después de tumba

Bio

mas

a, k

g/ha

Amazonía occidental Amazonía oriental

Desarrollar un diagrama causal ¿Cuál estructura de ciclos de

retroalimentación puede generar el comportamiento observado?

Usar eslabones de causa Nombrar los eslabones, ciclos y polaridades Indicar los retrasos relevantes

Desarrollar un diagrama causal

Nutrientes en la capasuperior del suelo

Crecimiento deforraje

Descomposición deestiércol

Biomasahojarasca Biomasa

forraje

Animales

Nutrientes en elsubsuelo

Manejo de laquema

Cenizas de laquema

Uso defertilizantes

Infiltración

Tasa neta denacimientos

+

-

+

+

++

+

-

--

+

++

+

Ventas deanimales

+

-

+

+

+

Repro

Ventas

Crecimiento

Consumo N

+

+

Infiltración

+

Manejo dereproducción

Cenizas

Estiércol

Biomasa planta

Consumo deforraje

+

-

+

Consumo F

Ahora, repasar las reservas y flujos…

Estudio de caso en dinámica de nutrientes Leer el resumen del problema Desarrollar un diagrama del “modo de

referencia” Desarrollar un diagrama causal Desarrollar un diagrama reserva-flujo-

retroalimentación Identificar las reservas claves Identificar los flujos que afectan (cambian) las

reservas

Estudio de caso en dinámica de nutrientes Leer el resumen del problema Desarrollar un diagrama del “modo de

referencia” Desarrollar un diagrama reserva-flujo-

retroalimentación Discusión. ¿Es el sistema sustentable?

¿Cuáles son las intervenciones requieridas? ¿Cuál es la información que se necesita?

Hipótesis dinámica

Una estructura reserva-flujo que intenta explicar el modo de referencia

Seis reservas claves: Nutrientes en la capa superior del suelo* Nutrientes en la biomasa en pie en los potreros* Nutrientes en la biomasa de hojarasca Nutrientes en biomasa animal* Nutrientes en estiércol en descomposición Nutrientes en el subsuelo

Hipótesis dinámica

Reservas físicas asociadas: Inventario animal Biomasa de pastura (en pie, descomposición) Estiércol en descomposición Suponer que no cambia la reserva del suelo

Hipótesis dinámica Flujos claves:

Consumo de nutrientes por plantas Descomposición de pasto a hojarasca Descomposición de hojarasca al suelo

Ciclaje de nutrientes de la biomasa de pasto y hojarasca al suelo a través de la quema, con las pérdidas potenciales de nutrientes

Consumo animal por pastoreo Excreción animal (la cuál podría ser concentrado por espacio)

Descomposición de estiércol (y pérdidas debido a volatilización) Exportación de nutrientes por ventas de leche y carne

Modelo conceptual de reservas de nutrientes y tasas de flujo con puntos claves de inter-vención para el manejo de ciclaje de nutrientes

Nutrientes en la biomasa enpie en los potreros

Nutrientes en la capasuperior del suelo

Nutrientes en labiomasa animal

Nutrientes enestiércol en

descomposición

Consumo de nutrientespor plantas

Consumo animal porpastoreo

Excreciónanimal

Descomposición deestiércol

Nutrientes en labiomasa dehojarasca Descomposición de

pasto a hojarasca

Descomposición dehojarasca al suelo

Pérdidas debido avolatilización

Ventas de leche ycarne

Fertili-zación

Cenizas de laquema

Pérdidas quema debiomasa en pie

Pérdidas quema debiomasa de hojarasca

<Pérdidas quemade biomasa de

hojarasca>

<Pérdidasquema de

biomasa en pie>

Nutrientes enel subsuelo

I nfi ltración

Consumo denutrientes del

subsuelo

Manejo de lafertilización

Manejo dela quema

Manejo de lareproducción

Número deanimales

Manejo delpastoreoCrecimiento de

plantas

Cicloquema

Ciclobiomasaplanta

Ciclobiomasaanimal

Actividad de fl ora yfauna del suelo

¿Cuál produce el modo de referencia? Para el modo de referencia, ingresos =

egresos Ingresos al suelo:

La descomposición de hojarasca y estiércol, cenizas

Egresos del suelo: Filtración, consumo por plantas

¿Cómo se sustentan los nutrientes en el suelo? Hay pérdidas de nutrientes en ambos ciclos

Ciclo planta: quema Ciclo animal: ventas, volatilización

De esta manera, debe existir otra fuente de nutrientes que llega al suelo

Hipótesis: bombeo de nutrientes del subsuelo

Nutrientes del subsuelo son importantes para sostener el sistema

Intensificación

Aumentar el comportamiento reproductivo y tamaño del hato con tiempo Ignorar otras ganancias potenciales de un

pastoreo más intensivo ¿Cuál sería el impacto en…

el contenido de nutrientes en la capa superior del suelo?

la biomasa de pasto? el contenido de nutrientes en el subsuelo?

¿La intensificación conduce a…?

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25 30

Años después de tumba

Nut

rien

tes en

el s

uelo

¿Deberíamos suponer el estatus quo?

lo observado ¿Predicción?

¿ Cuáles son los comportamientos del sistema? Simular resultados para 4 escenarios Reservas alta y baja en nutrientes iniciales en el

subsuelo Esto es desconocido con base en los datos existentes Hipótesis para mantener el sistema actual Hacer el valor inferior la mitad del valor inicial

Carga animal línea base y con incremento Aumentar el comportamiento reproductivo Duplicar la carga animal a través de 5 años Escenario evaluado por Rueda (2003)

Intensificación

Aumenta el ciclaje de nutrientes a través del ciclo animal Aumentan las tasas de pastoreo, estiércol

Disminuye el ciclaje de nutrientes a través del ciclo planta Disminuyen las tasas de descomposición de planta y

hojarasca Incrementa la cosecha de productos de origen

animal ¿Cuál es el efecto en los nutrientes en la capa

superior del suelo? Es desconocido sin simulación

Contenido de nutrientes en la capa superior del suelo (simulado)

0

5

10

15

20

25

30

0 12 24 36 48 60 72 84 96

kg/h

a

Línea base, alto Incremento, alto Línea base, bajo Incremento, bajo

Biomasa de pasto (simulado)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 12 24 36 48 60 72 84 96

kg/h

a

Línea base, alto Incremento, alto Línea base, bajo Incremento, bajo

Contenido de nutrientes en la capa superior del suelo (simulado)

0

5

10

15

20

25

0 12 24 36 48 60 72 84 96

kg/h

a

Línea base, alto Incremento, alto Línea base, bajo Incremento, bajo

Conclusiones

El conocimiento de las reservas iniciales de nutrientes y su dinámica es fundamental Para un manejo exitoso y resultados sustentables

Es probable que el sistema de pastoreo en la Amazonía occidental sea insustentable a largo plazo Si se apoya con los nutrientes en el subsuelo

La intensificación podría acelerar la caída del sistema—a menos que se tomen otras medidas