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


Formular una hipótesis dinámica




Comportamiento del “modo de referencia”
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
160,000
miles de personas
140,000
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
20,000
0
1800
1850
1900
lo observado
1950
Predicción
2000
2050
La “hipótesis dinámica”

Estructura que explica el comportamiento
observado



En términos de una estructura de reserva-flujoretroalimentación
Una teoría de trabajo—sujeto a revisión


El enfoque en factores endógenos, no externos
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
Nutriente, kg/ha
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Años después de tumba
Amazonía occidental
Amazonía oriental
Modo de referencia: biomasa de pasto
Biomasa, kg/ha
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Años después de tumba
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
Manejo de
reproducción
Manejo de la
quema
+
Biomasa
-
+
Cenizas de la
+
quema
+
+
Cenizas
+
Biomasa
forraje
+
subsuelo
+
+
Crecimiento de
-
forraje
+
Consumo N
+
superior del suelo
+
Uso de
fertilizantes
+
+
Animales
-
forraje
+
Descomposición de
estiércol
Estiércol
-
Nutrientes en la capa
+
Consumo de
Crecimiento
+
Infiltración
Repro
Consumo F
-
Nutrientes en el
Infiltración
nacimientos
-
hojarasca
Biomasa planta
Tasa neta de
+
Ventas
+
Ventas de
animales
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-flujoretroalimentación


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-flujoretroalimentación
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
Manejo de la
reproducción
Manejo de
la quema
Ciclo
quema
Pérdidas quema de
biomasa en pie
Pérdidas quema de
biomasa de hojarasca
Nutrientes en la
biomasa de
hojarasca
Descomposición de
pasto a hojarasca
Ciclo
biomasa
planta
Nutrientes en la biomasa en
pie en los potreros
Consumo de
nutrientes del
subsuelo
Manejo de la
fertilización
<Pérdidas
quema de
biomasa en pie>
Actividad de flora y
fauna del suelo
Descomposición de
estiércol
Cenizas de la
quema
<Pérdidas quema
de biomasa de
hojarasca>
Nutrientes en la
biomasa animal
Ciclo
biomasa
animal
Crecimiento de
plantas
Nutrientes en la capa
superior del suelo
Fertilización
Consumo animal por
pastoreo
Consumo de nutrientes
por plantas
Nutrientes en
el subsuelo
Infiltración
Descomposición de
hojarasca al suelo
Número de
animales
Ventas de leche y
carne
Excreción
animal
Manejo del
pastoreo
Nutrientes en
estiércol en
descomposición
Pérdidas debido a
volatilización
Modelo conceptual de reservas
de nutrientes y tasas de flujo
con puntos claves de intervención para el manejo de
ciclaje de nutrientes
¿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…?
Nutrientes en el suelo
16
lo observado
14
¿Predicción?
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
Años después de tumba
¿Deberíamos suponer el estatus quo?
25
30
¿ 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


Disminuye el ciclaje de nutrientes a través del ciclo
planta



Aumentan las tasas de pastoreo, estiércol
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)
30
25
kg/ha
20
15
10
5
0
0
12
Línea base, alto
24
36
Incremento, alto
48
60
72
Línea base, bajo
84
96
Incremento, bajo
Biomasa de pasto (simulado)
7000
6000
kg/ha
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
12
Línea base, alto
24
36
Incremento, alto
48
60
Línea base, bajo
72
84
96
Incremento, bajo
Contenido de nutrientes en la capa
superior del suelo (simulado)
25
kg/ha
20
15
10
5
0
0
12
Línea base, alto
24
36
Incremento, alto
48
60
72
Línea base, bajo
84
96
Incremento, bajo
Conclusiones

El conocimiento de las reservas iniciales de
nutrientes y su dinámica es fundamental


Es probable que el sistema de pastoreo en la
Amazonía occidental sea insustentable a
largo plazo


Para un manejo exitoso y resultados sustentables
Si se apoya con los nutrientes en el subsuelo
La intensificación podría acelerar la caída del
sistema—a menos que se tomen otras
medidas
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SD Case Exercise: Nutrient Cycling in Cattle Systems