Sistema de suporte à decisão para gestão regional dos fluxos de nitrogênio
Basado en un modelo de simulación con Vensim
Francisco R. A. do Nascimento
ramonacademico@gmail.com
O objetivo geral deste estudo foi desenvolver um modelo conceitual de um sistema de suporte à tomada de
decisão para gestão regional dos fluxos de nitrogênio. Os subsistemas Produção Animal, Produção Vegetal e
População foram determinados e associados a partir das concepções da Ecologia Industrial, Análise de Fluxo de
Materiais e Dinâmica de Sistemas, no intuito de avaliar a evolução da otimização das opções de gestão dos
recursos. A partir do modelo conceitual, espera-se que o desenvolvimento do modelo de fluxo e estoque permita que
a simulação indique a evolução dos fluxos regionais de nitrogênio para tomada de decisão quanto as opções de
gestão de recursos. Os resultados das simulações indicariam o potencial de substituição dos fertilizantes industriais
por fontes de nitrogênio reativo já existentes, reduzindo assim, a conversão de nitrogênio inerte para nitrogênio
reativo.
Os fluxos de materiais e energia nas atividades
antropogênicas, produção e consumo, os efeitos que os
fluxos ineficientes provocam no meio ambiente e as
influências dos fatores econômicos, políticos e sociais
no fluxo são objetos de estudo da Ecologia Industrial.
A análise de um sistema, com a concepção da
Ecologia Industrial pode ser feita em diferentes níveis,
local, regional e global.
Algumas ferramentas de análise da Ecologia
Industrial, como Análise de Fluxo de Materiais, são
usadas para caracterizar e identificar elementos
importantes de avaliação de um sistema definido,
englobando aspectos socioeconômicos e ambientais
em todos os níveis.
Esta ferramenta tem sido utilizada para analisar fluxo
de substâncias como nitrogênio a nível de cidades e
países. Isto porque os impactos provocados pela
excessiva produção de nitrogênio reativo tem chamado
atenção de instituições nacionais e internacionais
quanto aos aspectos ambientais e socioeconômicos.
Os principais impactos dos fluxos antropogênicos de
nitrogênio são a depleção de nitrogênio nos solos
agrícolas, que afeta a segurança alimentar, a poluição
de ambientes aquáticos, que provoca eutrofização e
danos a saúde pública devido a contaminação por NO3,
e às mudanças climáticas, devido a emissão N2O.
Atualmente, no mínimo 200 Mt N/ano são convertidas
pelas as atividades antropogênicas, sendo 120 Mt
N/ano através da produção de amônia, 50 a 70 Mt
N/ano através da fixação biológica de nitrogênio e 30 a
40 Mt N/ano através da produção de energia [1].
Schlesinger [2] apontou que aproximadamente 9 Mt
N/ano são acumuladas na biosfera terrestre, com
tempos de residência que variam de 10 a algumas
centenas de anos.
Diante deste cenário, idealmente, a solução para
mitigar as alterações do ciclo biogeoquímico do
nitrogênio seria não converter nitrogênio inerte (N2)
para nitrogênio reativo e/ou adotar medidas para
tender a uma conversão zero.
Isso aponta para uma otimização máxima dos fluxos
antropogênicos de nitrogênio já existentes, fixação
biológica de nitrogênio e resíduos, para atender a
crescente demanda de nitrogênio reativo na forma de
fertilizantes industriais.
Diversas ferramentas tem sido desenvolvidas para
avaliar os impactos provocados pelos fluxos de
nitrogênio reativo.
O Balanço de Nitrogênio, que é a diferença entre as
entradas e saídas de nitrogênio em um sistema
agrícola, tem sido usado como um indicador de
desempenho ambiental para regiões agrícolas nos
países pertencentes à Organização para a Cooperação e
Desenvolvimento Econômico (OECD) [3].
No entanto, este indicador não permite uma análise
mais detalhada quanto às opções de otimização dos
fluxos antropogênicos de nitrogênio em uma região.
Sutton et al [1] identificaram 10 ações principais para
melhorar a eficiência do uso de nutrientes nos sistemas
antropogênicos (Figura 1).
As ações são divididas em categorias, como
Agricultura; Transporte e Indústria; Resíduos e
reciclagem; Padrões de consumo da sociedade; e
Integração e Otimização.
Um modelo de gestão regional dos fluxos de
nitrogênio deve ser baseado em fluxos cíclicos,
seguindo a lógica dos sistemas naturais onde não
existem perdas, ou seja, deve ser aproveitado todos os
recursos disponíveis.
Para isto, ferramentas de gestão devem ser
desenvolvidas para dar suporte à tomada de decisão
quanto a otimização dos fluxos de nitrogênio em uma
região. A modelagem e simulação são caracterizadas
como importantes ferramentas de gestão, e podem
analisar um sistema de forma qualitativa e
quantitativa.
Para Fumagalli [4], a importância de modelos de
simulação é bem reconhecida porque são ferramentas
úteis para organizar o conhecimento e testar hipóteses
cientificas, além de permitir a exploração de cenários
alternativos para a gestão de sistemas agrícolas.
Um modelo de simulação que permita analisar os
fluxos regionais de nitrogênio, quantificar as fontes de
nitrogênio para substituição dos fertilizantes
nitrogenados e analisar cenários para otimização dos
fluxos de nitrogênio pode ser de grande utilidade para
uma gestão eficiente do recurso nitrogênio.
Portanto, o objetivo geral deste estudo foi desenvolver
um modelo conceitual de um sistema de suporte à
tomada de decisão para gestão regional dos fluxos de
nitrogênio.
O modelo conceitual foi desenvolvido a partir da
concepção de Dinâmica de Sistemas usando o
software Vensim PLE Plus Version 6.3.
A hipótese dinâmica deste trabalho foi definida como:
• O aproveitamento regional das fontes de
nitrogênio pode substituir o uso de fertilizantes
industriais, que reduz a conversão de nitrogênio
inerte para nitrogênio reativo e consequentemente
a adição de mais nitrogênio reativo no
ecossistema.
O sistema de suporte à tomada de decisão (Figura 2)
foi desenvolvido a partir de três subsistemas que
influenciam na gestão regional dos fluxos de
nitrogênio quanto a produção e consumo de
alimentos, excluindo a produção de energia.
Os subsistemas foram divididos em Produção Animal,
Produção Vegetal e População, que influenciam na
intensificação dos fluxos regionais de nitrogênio e são
caracterizados pelas principais atividades humanas
quanto ao uso de nitrogênio reativo.
Os subsistemas são entendidos como controladores
das entradas e saídas de nitrogênio em uma região e
podem ser estimados a partir de dados encontrados
em relatórios anuais de instituições governamentais e
empresas privadas.
As variáveis dos subsistemas foram determinadas
seguindo a lógica das ações de eficiência dos fluxos
de nutrientes (Figura 1) propostas por Sutton et al [1].
A variação populacional e as escolhas de dieta e
consumo de alimentos podem aumentar ou diminuir a
produção animal e vegetal, que, de acordo com o
modelo de produção atual, influenciam diretamente na
demanda de fertilizante industrial destes setores
(variável Produção de fertilizante industrial).
Vale ressaltar que, ações mais sustentáveis quanto ao
ciclo biogeoquímico do nitrogênio devem ser
direcionadas para a minimização da conversão de
nitrogênio inerte para nitrogênio reativo e
aproveitamento de fontes existentes, evitando assim a
inserção de mais nitrogênio reativo na biosfera.
No sistema de produção e consumo de alimentos são
produzidas quatro principais fontes de nitrogênio a ser
aproveitadas como fertilizante nos sistemas agrícolas.
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