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Ejercicio de caso DS: Ciclaje de Nutrientes en Sistemas Ganaderas
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
Estructura reserva-flujo-retroalimentación para explicar el comportamiento
El “modo de referencia”
Conjunto de gráficas que demuestra la formulación del problema Podría incluir otros datos
Definir variables de interés claves Definir un horizonte de planificación
apropiado Relevante para comprender el 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
Repaso: ¿Cuál tipo de estructura…. ….crea este comportamiento? El crecimiento es mayormente exponencial Redondel positivo (de refuerzo) Puede estar desacelerando en años
recientes Redondel negativo (balanceo) Finalmente, ¿crecimiento sigmoide?
La “hipótesis dinámica”
Teoría que explica el comportamiento observado El enfoque es 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 una “hipótesis dinámica” Discutir si el sistema es sustentable
¿Cuáles son las intervenciones que se necesitan?
¿Cuál es la información requerida? Presentación de una hipótesis dinámica
Modelo de simulación asociado
Área de estudio de 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
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
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