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Dinámica de Sistemas

Boletín de Dinámica de Sistemas

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.

Estudio de disminución de partículas atmosféricas contaminantes

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.

Estudio de disminución de partículas atmosféricas contaminantes

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.

Estudio de disminución de partículas atmosféricas contaminantes

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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  • 1993 Cancun, Mexico
  • 1994 Stirling, Scotland
  • 1995 Tokyo, Japan
  • 1996 Cambridge, MA, USA
  • 1997 Istanbul, Turkey
  • 1998 Quebec City,Canada
  • 1999 Wellington, New Zealand
  • 2000 Bergen, Norway
  • 2001 Atlanta, Georgia, USA
  • 2002 Palermo, Italy
  • 2003 New York City, USA
  • 2004 Oxford, England
  • 2005 Boston, MA, USA
  • 2006 Nijmegen, The Netherlands
  • 2007 Boston, MA, USA
  • 2008 Athens, Greece
  • 2009 Albuquerque, USA
  • 2010 Seoul, Korea
  • 2011 Washington, DC, USA
  • 2012 St. Gallen, Switzerland
  • 2013 Cambridge, MA, USA
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