1. Introducción

La revolución verde surgió en los años 60, generando un cambio radical en la producción agrícola a nivel mun­dial. Ésta consistió en la obtención de variedades agrí­colas muy productivas con el uso de tecnologías altamente dependientes y costosas para mejorar el ren­dimiento del cultivo por superficie (Conway & Barbie, 1988). A pesar de que se solucionaron problemas de hambrunas en el mundo, la aplicación de fertilizantes químicos, pesticidas, herbicidas y técnicas de riego ge­neraron numerosos impactos ambientales que afecta­ron de manera irreversible el ecosistema (Mclaughlin, Tiller, et al., 1996). Específicamente, la uniformización en la utilización de semillas y los monocultivos generaron un impacto negativo en la biodiversidad, el uso de plaguicidas y fertilizantes se incrementó de forma abrup­ta acelerando la salinización de los suelos y generando problemas de eutrofización de los recursos hídricos; así como la compactación del suelo por uso de maquinaria pesada y contaminación del agua por el uso de plaguicidas (Rapal Uruguay, 2010). Algunos de los impactos ambien­tales más agresivos en las actividades agrícolas depen­den en gran medida de la utilización de fertilizantes químicos, el no dejar descansar el suelo, el tipo de labran­za utilizado, uso de maquinaria pesada, consumo de com­bustible por las fuentes móviles, entre otros. Específicamente en el cultivo de caña de azúcar, algunos de los principales impactos ambientales se dan a nivel de compactación del suelo debido al uso de maquinaria agrí­cola, erosión de suelo, emisiones tóxicas y contaminantes por las labores de quema y reducción de la biodiversidad por la expansión del monocultivo (Zoratto, 2006).

En la Declaración de Rio sobre el Medio Ambiente y Desarrollo, la Conferencia de las Naciones Unidas ce­lebrada en Estocolmo en 1972, definió al medio am­biente de la siguiente forma: “El medio ambiente es el conjunto de componentes físicos, químicos, bio­lógicos y sociales capaces de causar efectos di­rectos o indirectos, en un plazo corto o largo, so­bre los seres vivos y las actividades humanas.” Dada la complejidad de este sistema, no se puede con­templar desde una perspectiva aislada; se requiere un enfoque holístico para su estudio, teniendo en cuenta las interrelaciones entre variables que lo componen y las repercusiones en cadena que puedan ocasionar cual­quier tipo de alteración al medio, lo que se conoce como efecto dominó.

La dinámica de sistemas (DS) desarrollada por Jay W. Forrester en el año 1956, es una disciplina que per­mite investigar la complejidad de un sistema dinámico (Forrester, 1961). Esta herramienta permite analizar y modelar el comportamiento temporal histórico y/o fu­turo de una situación en un entorno complejo (Liévano & Londoño, 2012). El enfoque sistémico facilita el análisis de los factores de los bucles de retroalimentación en la relación causa-efecto, en términos de flujos y variables de nivel (depósitos), considerando posibles demoras en el sistema. La DS es ampliamente usada en diferentes contextos (sociales, económicos, ecológicos, organizacionales, etc.), y sirve como so­porte para una efectiva toma de decisiones por medio del análisis de escenarios en un entorno de simulación.

Este artículo tiene como objetivo presentar una pro­puesta metodológica desde el punto de vista de la di­námica de sistemas, y profundizar en el desarrollo de los diagramas causales que describen la relación cau­sa-efecto existente entre la productividad del cultivo de caña de azúcar y el impacto ambiental generado a favor de ésta. De esta forma, se presenta su aplica­ción en el sector azucarero, con información prove­niente de los ingenios azucareros y los centros de investigación ubicados en el departamento del Valle del Cauca, Colombia. Posteriormente, se muestran las conclusiones obtenidas en esta fase de la investiga­ción y se hace énfasis en la importancia de abordar problemas como el expuesto en este estudio por me­dio de un pensamiento holístico de la situación, el cual es posible adquirir gracias a las herramientas de modelación dinámica que nos ofrece la Teoría Gene­ral de Sistemas, donde parte la base del Pensamiento Sistémico. Contribuyendo, además, a cubrir el nivel de insuficiencia en la información existente sobre mode­los dinámicos que permitan abordar de forma sistémica la complejidad del impacto ambiental generado por el sector azucarero.

Finalmente, se realiza una introducción de las próxi­mas fases a abarcar, como son el desarrollo de los submodelos de emisión en cada una de las etapas de la cadena de producción de caña de azúcar, y su pos­terior análisis de escenarios.

2. Metodología

2.1 Fases del Proyecto de Investigación

En primer lugar, se evaluaron las cinco etapas del pro­ceso de modelación dinámica (Sterman, 2000), las cua­les son: articulación del problema, hipótesis dinámica, formulación, validación, diseño y evaluación de políti­cas. A partir de estas etapas, se establecieron las si­guientes fases del proyecto como estructura metodológica para abordar el problema de investiga­ción. Vale la pena mencionar que en el presente artí­culo se profundizará en el desarrollo de los diagramas causales necesarios para diseñar y alimentar los mo­delos dinámicos de simulación, los cuales se encuen­tran enmarcados dentro de la fase de diseño de los modelos.

i). Fase de Investigación: En la primera fase se desarrolló una revisión literaria sobre 55 artículos existentes de modelos de dinámica de sistemas enfocados en evaluar el comportamiento de la huella de carbono en diferentes sectores, princi­palmente agricultura y energía (López, Rodríguez, Lubo, Arenas, & Sierra, 2014). Entre los “Vacíos” o defi­ciencias de información encontradas en la literatura, se observó que no existe suficiente información sobre modelación dinámica de las emisiones generadas en el sector de la agricultura, específicamente en el sector azucarero. Por tanto, se evidenció como oportunidad el abordar la complejidad de esta problemática desde un enfoque de dinámica de sistemas, el cual permitirá una mejor toma de decisiones estratégicas en la agroindustria azucarera desde el punto de vista prácti­co y metodológico.

Ante la escasez de información en investigaciones pre­vias que permitan visualizar de forma sistémica las consecuencias de este fenómeno global que hoy en día responsabiliza al sector agroindustrial; se definió modelar el comportamiento de los gases de efecto in­vernadero (GEI) más representativos en el sector azu­carero, los cuales son: Dióxido de Carbono (C0₂) y Óxido Nitroso (N₂0), generados por las labores agrí­colas mecánicas ejecutadas en las áreas de campo, y las aplicaciones realizadas durante la preparación del suelo y levante de un cultivo de caña de azúcar. Esta modelación se propone como caso de estudio, la cual tiene como propósito determinar la huella de carbono generada por las labores de campo de un cultivo de caña de azúcar, específicamente para la región de Valle del Cauca.

ii). Fase de Diseño de los Modelos: En primer lugar, esta segunda fase busca articular el problema de investigación, desarrollar las hipótesis di­námicas y formular los diagramas causales, como los requerimientos fundamentales para definir de manera formal los modelos dinámicos de simulación.

En segundo lugar, esta etapa comprende la formula­ción de los modelos propuestos, con base en la teoría de la dinámica poblacional o demográfica bajo la na­turaleza de investigación descriptiva analítica o ex­plicativa, de acuerdo al proceso de modelación dinámico propuesto por Sterman (2000). Para su de­sarrollo se utiliza el software Vensim® PLE. Las ecuaciones que alimentan los modelos se obtienen a partir del cálculo teórico de las emisiones de dióxido de carbono (C0₂) provenientes de la combustión móvil (Waldron, et al., 2006) y estacionaria (Gómez & Watterson, 2006). Así como, el cálculo teórico de las emisiones de óxido nitroso (N₂0) de los suelos gestionados y emisiones de dióxido de carbono (C0₂) derivadas de la aplicación de cal y urea (De Klein, et al., 2006). Estos cálculos se deben adaptar a partir de las ecuaciones establecidas por las directrices del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC) de 2006.

iii). Fase de Validación: Dada la importancia de los modelos de simulación en la toma de decisiones estratégicas a un menor costo y riesgo por tratarse de un entorno virtual, se debe validar si éste provee una representación adecuada del sistema real. La validación se debe realizar en la estructura y nivel de comportamiento del sistema. En primer lugar, se debe hacer una evaluación cualitativa de relaciones entre las variables, basado en un conoci­miento probado del sistema modelado. De manera consecuente, se deben realizar pruebas del comporta­miento a los patrones generados por los modelos. Sterman (2000) propone varias pruebas para validar la estructura y el comportamiento simulado de los modelos.

A partir de lo anterior, la evaluación cualitativa de los modelos se debe realizar por medio de la colaboración conjunta de personal académico experto en modelación dinámica y con conocimiento y experiencia en el cál­culo de la huella de carbono en el sector azucarero, además de personal con experticia en las labores agrí­colas requeridas en campo para la producción de caña de azúcar. Posteriormente, es necesario realizar la evaluación cuantitativa por medio de análisis de sensi­bilidad. Para esto, se deben establecer supuestos para cambiar el valor de los indicadores y parámetros per­tenecientes a los modelos, y observar si se presentan cambios significativos en el comportamiento de los modelos a simular.

iv). Fase de Análisis de Resultados: El objetivo de esta fase es desarrollar escenarios de simulación de las emisiones generadas en un cultivo de caña comercial, en un cultivo en periodo de transi­ción a orgánico y en un cultivo orgánico. Las simula­ciones del modelo de combustión fósil se han proyectado a 25 años, con el propósito de observar un comportamiento de las emisiones de C0₂ en el largo plazo, es decir, durante varios ciclos de cosecha del cultivo, como son plantilla (Ciclo de cosecha que hace referencia a la primera plantación de cultivo, la cual se realiza sobre un terreno que ha sido completamente renovado) y soca (Ciclo de cosecha que hace referencia a la plantación realizada a partir del primer corte de caña de azúcar). Donde el ciclo tipo plantilla hace referencia a la renovación de un ciclo tipo soca, lo cual ocurre en promedio cada 5 años. Y las simulaciones del modelo por descomposición de los fertilizantes aplicados al suelo se han proyectado a un periodo más corto correspondiente a 5 años, con el fin de evaluar el comportamiento de las emisiones de N₂0 según la dinámica de algunas variables de precipita­ción y transformaciones de nitrógeno orgánico en mi­neral que sólo pueden ser observadas en lapsos de tiempo relativamente cortos, dada una acelerada velo­cidad en las reacciones ocurridas en suelo y que en muchos casos por su nivel de complejidad y detalle micro pueden ser despreciadas.

Como resultado, esta fase permite comparar el com­portamiento de las emisiones de C0₂ generadas du­rante la preparación del suelo del cultivo en renovación que requiere un número mayor de labores mecánicas y tiempo de preparación del mismo, en contraste con el cultivo tipo soca que ya tiene varias cortes, es decir, que ya ha recibido al menos una preparación de suelo en la corte anterior. Por tanto, este último ciclo requie­re un menor número de labores, lo que significa un menor consumo de combustible, y por ende una me­nor generación de emisiones a la atmósfera. Por otro lado, es posible visualizar el comportamiento de las emisiones de C0₂ generadas por las labores mecáni­cas de levante y mantenimiento del cultivo, además de los riegos requeridos; así como, realizar un contraste de las emisiones de N20 generadas por la aplicación de agro-químicos en un cultivo comercial, en transi­ción y orgánico, teniendo en cuenta el ciclo del nitró­geno (emisiones y absorciones en el sistema atmósfera-suelo-planta).

Por otro lado, de acuerdo con Martínez y Londoño (2013), en tomo al modelamiento de sistemas, existen tres principios básicos del pensamiento sistémico: la articulación del problema, el análisis de los sistemas y el uso de modelos por medio de la aplicación de diver­sas herramientas en ingeniería (diagramas causales, arquetipos, análisis de complejidad, etc.). En primer lugar, se deben establecer las hipótesis dinámicas ne­cesarias para identificar las relaciones causales exis­tentes entre las variables definidas a partir de los hallazgos teóricos y experimentales obtenidos en la investigación. Estas hipótesis dinámicas permiten la construcción de los diagramas causales, por medio de los cuales se explica el comportamiento observado de la situación problema, junto con las relaciones causales de retroalimentación positiva (ciclo reforzador) o ne­gativa (ciclo compensador) entre las variables que conforman la estructura del sistema dinámico.

Dada la importancia de los diagramas causales para una formulación adecuada de los modelos dinámicos de simulación, en la tercera sesión se presenta una aplicación de la situación problema global y local des­crito en la introducción del presente artículo. Es nece­sario mencionar que la caracterización inicial del pro­blema de investigación, elaboración de las hipótesis dinámicas y construcción de los diagramas causales, involucro la participación de expertos en el campo aca­démico, visitas de campo a un ingenio azucarero de la región, y otras fuentes secundarias (publicaciones, datos históricos, trabajos previos realizados sobre este caso de estudio, etc.).

2.2 Delimitación del alcance de estudio

El Valle Geográfico del río Cauca cuenta con 33 gru­pos homogéneos de suelos (definidos por la familia textural, el régimen de humedad y la profundidad efectiva) y seis grupos de humedad (definidos por el balan­ce hídrico, la permeabilidad del suelo, la pendiente, los signos de mal drenaje y su profundidad) (Carbonell, et al., 2011). A partir de esta información, se definieron las zonas agroecológicas (ZAE) sobre las cuales se debe hacer un manejo agronómico del cultivo. Para el presente caso de estudio realizado sobre el cultivo de caña de azúcar, es necesario tener en cuenta las zo­nas de mayor representatividad en el departamento, como son las ZAE 6H1 y 11H1 (Carbonell, et al., 2011). Por otro lado, con respecto al cultivo en estudio es necesario mencionar que el proceso de producción de la caña de azúcar depende tanto de las labores de cam­po, como cosecha del cultivo. Las labores de campo incluyen básicamente la preparación de los suelos y los procesos de levante del cultivo que se requieren según la edad de la planta. Las labores de cosecha por su parte abarcan la aplicación de madurantes y los procesos de corte, alce y transporte hacia la fábrica de azúcar. El alcance de este estudio cubre las labores mecánicas de preparación de suelos, las cuales de­penden del ciclo de cosecha del cultivo. Dado que, si éste se encuentra en el ciclo tipo Plantilla, se deben desarrollar seis tipos de labores agrícolas: descepada, subsolada, cincelada, rastro-arado, rastrillada y surca­da, las cuales, dependiendo del orden y la intensidad con que se apliquen, conforman seis tipos diferentes de preparaciones de suelo, referenciadas por (Concha & Rojas, 2011).

A su vez, estos se clasifican en tipos de preparación convencionales, los cuales requieren mayor maquinaria y ocho (8) pases en promedio; y tipos de preparación livianos, con un menor número de labores y un promedio de seis (6) pases como máxi­mo. Por su parte, el ciclo de cosecha tipo Soca involucra actividades como encalle de residuos, subsolado y cultivo-aporque, las cuales tienen como finalidad acondicionar los campos después de sopor­tar el tráfico intenso de la maquinaria agrícola emplea­da en la cosecha. Se alcanza un número máximo de cuatro (4) pases. Con respecto a la aplicación de agroquímicos sobre el suelo, vale la pena mencionar que sólo se tendrá en cuenta la aplicación de fertilizantes sintéticos y orgánicos, dado que los herbicidas e insec­ticidas aplicados para el control de malezas, son res­ponsables de toxicidad y contaminación, pero su contribución a las emisiones de GEI es casi nula y por tanto, para el indicador de Huella de Carbono es insig­nificante (González & Guerra, 2015).

En resumen, para efectos del proyecto de investiga­ción propuesto, fue necesario delimitar las fuentes de emisión de dióxido de carbono y óxido nitroso prove­niente de las labores de campo en análisis. De esta forma se determinó el comportamiento de la huella de carbono durante la preparación y levante de un cultivo de caña de azúcar. Principalmente, se evaluó la com­bustión fósil proveniente de la maquinaria agrícola empleada para preparar el suelo según el ciclo de co­secha (plantilla, soca), y realizar labores mecanizadas de levante del cultivo. Así como la descomposición de agro-químicos en suelos. A partir de esto, se desarro­lló un diagrama de flujo con los límites del sistema a modelar (Figura 1).

Figura 1.
Figura 1. Diagrama de flujo con los límites del sistema modelado

3. Resultados y Discusión

3.1. Diagrama Causal de la situación global actual

Con el objetivo de visualizar de forma sistémica el problema de investigación abordado previamente, a continuación, se presenta un diagrama de causalidad entre las variables; con la presencia de ciclos reforzadores que agravan la situación, así como otros ciclos compensadores que permiten aminorar los efectos colaterales producidos.

“La agricultura contribuye al cambio climático porque emite a la atmósfera cantidades significativas de dióxido de carbono (CO₂, metano (CH₄ y óxido nitroso (N₂0). Actividades como el cultivo, la producción de los insumos utilizados durante el cultivo (por ejemplo, los fertilizantes químicos), el procesamiento, el almacenamiento, el envasado y la distribución de productos agrícolas, emiten, todas ellas, GEI. El sector agrícola también está sufriendo directamente el efecto de los cambios que se están produciendo en nuestro clima, entre ellos, la frecuencia, cada vez mayor, de fenómenos meteorológicos extremos tales como tormentas, inundaciones y sequías, que acortan el periodo de crecimiento y merman los rendimien­tos” (ITC, 2012).

Partiendo de esta relación recípro­ca de causa-efecto entre las actividades agrícolas y el cambio climático, en la Figura 2 se destacan dos ciclos reforzadores. En primer lugar, con la proble­mática del cambio climático a nivel mundial, conse­cuencia de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmósfera que elevan el nivel de temperatura ambiente y hace que se produzcan me­nores precipitaciones; ocasiona la erosión de los sue­los, lo cual afecta negativamente el rendimiento de los cultivos y por tanto su productividad. En segundo lugar, a partir de una reducción de la productividad, los ingenios realizan ajustes en la programación de sus actividades para garantizar el desarrollo de la plan­ta de caña de azúcar, con el objetivo de maximizar la producción por hectárea del cultivo. En la mayoría de los casos se toma la decisión de administrar al cultivo una dosis completa de fertilizantes en una sola aplicación y de realizar el tipo de preparación de sue­lo que mayor número de labores agrícolas exige. El uso intensivo de combustibles fósiles contribuye al impacto ambiental con la acumulación de C0₂ en la atmósfera. Así mismo, el uso de fertilizantes, herbici­das, madurantes, entre otros, eleva el nivel de mineralización de los suelos, contribuyendo principal­mente a la generación de N₂0.

Dada la creciente preocupación internacional por la mitigación del cambio climático que se ha disparado a causa de las emisiones de estos gases a la atmósfera; se destacan dos ciclos compensadores. En primer lu­gar, se han desarrollado iniciativas de medición, con­trol y reducción de los mismos. Por ejemplo, con la firma del Protocolo de Kioto se desarrollaron un con­junto de políticas nacionales, como los mecanismos de desarrollo limpio (MDL), la política de adaptación y mitigación al cambio climático, y la política nacional de producción más limpia; entre otros. Además de las certificaciones sobre huella de carbono a nivel inter­nacional (ISO 14064, ISO 14067), las cuales podrían representar grandes beneficios para las empresas co­lombianas; como el acceso libre al mercado interna­cional, así como poder diferenciar sus productos y segmentar sus mercados para un cliente cada vez más exigente y preocupado por conocer el indicador de huella de carbono de sus productos. Además, cumplir con estas normatividades voluntarias actualmente, re­presenta una preparación para cumplir con futuras medidas obligatorias.

Obteniendo así la oportunidad de participar en mercados internacionales de carbono, uno de los tres mecanismos propuestos en el protocolo de Kyoto para reducir las emisiones de GEI. Por otro lado, con el objetivo de maximizar la productividad del culti­vo con el menor impacto ambiental posible; es nece­sario considerar un nuevo sistema para administrar los recursos en campo y monitorear las actividades que se realizan sobre el cultivo, definiendo así el tratamiento específico y diferenciado que requiere el cultivo según las condiciones climáticas y características del mismo, el cual se conoce como “Agricultura de Precisión” (Grisso, Alley, McClellan, Brann, & Donohue, 2009). La implementación de esta tecnología está diseñada para buscar la mejor opción que permita el ahorro en tiempo y costo de las actividades agrícolas, puesto que realiza control sobre las cantidades de fertilizante a aplicar sobre el cultivo, indícala entrega de nutrientes exactos en tasa variada y monitorea la calidad de apli­cación y eficiencia de la maquinaria requerida para llevar a cabo estas labores. Esto permite compensar u aminorarlos efectos tardíos del impacto ambiental, dado que brinda información técnica y consistente con ma­pas que determinan las condiciones ideales de opera­ción para una adecuada toma de decisiones. Por ejemplo, sobre la fracción de aplicación óptima de fer­tilizantes y labores agrícolas necesarias por el cultivo, lo cual permite operar sin desperdicio alguno (Bramley, 2009).

De esta forma, se puede observar la importancia de este estudio de cálculo y modelación de la huella de carbono con la planeación estratégica de los ingenios azucareros, que buscan determinar el impacto ambien­tal generado en campo, para establecer planes de mi­tigación que les permitan cumplir con los niveles de emisión exigidos, adquirir tecnologías más eficientes y bajas en carbono que al mismo tiempo les permitan optimizar el desarrollo del cultivo e incrementar los ni­veles de productividad; además de tener la oportuni­dad de expandir sus mercados a nivel internacional y participar activamente en éstos, ajustándose a sus normatividades.

Figura 2
Figura 2. Diagrama Causal de la Huella de Carbono de un cultivo de caña de azúcar y estrategias de mitigación

3.2. Diagrama Causal del problema de investigación local

De la misma forma en que se desarrolló el diagrama causal de la situación problemática global, se definió desarrollar el diagrama causal presentado en la Figura 3, el cual permite una visión sistémica local perteneciente al caso de estudio de análisis. Como bases para su construcción se plantearon las principales hipótesis dinámicas a validar en la investigación actual.

En primer lugar, se presentan las principales hipótesis que alimentan el diagrama causal:

La fertilización química en Jos cultivos de caña de azúcar es Ja fuente principal de emisiones de óxido nitroso.

La combustión fósil generada por la maquinaria agrícola en el cultivo de caña de azúcar es la fuente principal de emisiones de dióxido de carbono.

Los residuos orgánicos que deja el cultivo después de la cosecha y los cuales son procesados en planta y aplicados de nuevo en el siguiente ciclo de cosecha como fertilizantes orgánicos, contribuyen a la generación de emisiones de N₂0 junto con Jos fertilizantes sintéticos nitrogenados, herbicidas y madurantes aplicados durante el levante del cultivo.

La acumulación de GEI proveniente de la combustión fósil y los suelos gestionados hace que el sector agrícola sea uno de los principales responsables del Calentamiento Global, y por ende del efecto de Cambio Climático.

A continuación, se presentan otras hipótesis dinámicas en las cuales no es posible observar una relación di­recta en el diagrama causal local (Figura 3), pero se deben considerar como escenarios a validar por me­dio de los análisis de sensibilidad realizados a los modelos.

El cultivo en el ciclo de cosecha tipo Soca emite menos emisiones de GEI a la atmósfera, con res­pecto al cultivo en el ciclo de cosecha tipo Plantilla.

El sistema de labranza liviana (Sistema de la­branza que implica un menor número de labores mecánicas y un menor número de pases por labor realizada) genera menores emisiones de GEI con respecto al sistema de labranza convencional, durante la preparación del suelo tipo Plantilla.

La utilización de fertilizantes sintéticos genera mayores niveles de emisiones de GEI con res­pecto a la utilización de fertilizantes orgánicos.

La fertilización fraccionada y en diferentes eda­des de la caña permite una reducción del nivel de emisiones de GEI en campo.

El diagrama causal que describe la situación proble­ma presenta dos ciclos reforzadores, a partir las dos fuentes de emisión a evaluar. Comenzando con la hi­pótesis de que se presenta una reducción en la canti­dad de semillas sembradas, se obtendrá una menor área de caña de azúcar cultivada, y por tanto, una disminución en la cantidad de caña cosechada. Dado lo anterior, se reduce la cantidad de residuos orgáni­cos (bagazo, cachaza, vinaza) disponibles para pro­ducir los fertilizantes orgánicos. Esto conduce a una disminución en la productividad del cultivo. Ante esto, aumenta la aplicación intensiva de fertilizantes, her­bicidas y madurantes nitrogenados sobre el cultivo, ocasionando emisiones de óxido nitroso a la atmósfe­ra. Por otro lado, se incrementa el uso de maquinaria agrícola, y con éste el consumo de energía, específica­mente combustible (Diesel, Gasolina) proveniente de las fuentes móviles, y electricidad procedente de las fuentes fijas. Estas labores mecanizadas producen emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. De esta forma, la acumulación de estas moléculas de gases contribuye al efecto invernadero, y por ende al calentamiento global del planeta, el cual a su vez in­fluye en el cambio climático. Por tanto, la presencia de fenómenos meteorológicos extremos impacta ne­gativamente la producción de caña de azúcar, refor­zando el sistema de nuevo que busca intensificar las labores agrícolas para incrementar y mantener los niveles de producción, a expensas de la degradación ambiental en el largo plazo.

3.3 Fases del proyecto de investigación futuro

En concurso del presente proyecto, se ha resuelto la primera fase de investigación, así como la primera parte de la segunda fase, relacionada con la descripción de la estructura metodológica requerida para una definición formal de los modelos de simulación que abarcaran las fuentes de emisiones de GEI en cada etapa del cultivo. El proceso futuro a realizar comprende la formulación de dos modelos de emisiones de GEI a partir de las dos fuentes principales de emisión identificadas en la preparación de los suelos y levante del cultivo, como son la combustión fósil por parte de la maquinaria agrícola, y la descomposición de los fertilizantes aplicados sobre el suelo. Igualmente, comprende las siguientes dos etapas previamente referenciadas, las cuales son validación de los modelos y análisis de resultados.

Conocidos los alcances de este estudio y la importancia de desarrollar modelos dinámicos de simulación del comportamiento de las emisiones de GEI generadas en los cultivos de caña de azúcar, que permitan administrar de forma eficiente los recursos y desarrollar prácticas agrícolas más limpias y sostenibles en el tiempo, se recomienda validar las siguientes hipótesis dinámicas en proyectos externos de investigación.

En la etapa de preparación de suelos y levante del cultivo el nivel de emisiones de GEI es mayor con respecto a las siguientes etapas de mantenimiento del mismo, debido a la concentración de labores requeridas en los primeros meses de ciclo de vida del cultivo.

Las variables meteorológicas y climatológicas como temperatura, precipitación y presión atmosférica afectan el nivel de emisiones de GEI acumulado en la atmósfera.

Las cantidades aplicadas de fertilizantes y el liso intensivo de las labores agrícolas dependen de las condiciones climáticas, características del cultivo y la productividad del mismo.

La planta de caña de azúcar absorbe C0₂ presente en la atmósfera y éste varía según el ciclo de vida del cultivo (Germinación, Formación, Crecimiento, Maduración).

Fuera del alcance de este estudio, como proyecto externo de investigación se recomienda desarrollar modelos de simulación que permitan establecer metas de reducción del nivel de emisiones de GEI en la atmosfera, en común acuerdo con asociaciones internacionales sobre cambio climático. Con el objetivo de realizar análisis de sensibilidad que permitan modificar las metas establecidas, y establecer niveles máximos de emisión para el sector agrícola, sin afectar la productividad del cultivo. Esto les permitirá a los ingenios establecer planes de reducción de las emisiones en el largo plazo, y evaluar periódicamente el impacto de sus actividades agrícolas sobre el cultivo.

Figura 3.
Figura 3. Diagrama Causal del problema de investigación

5. Conclusiones

La definición de una estructura metodológica desde el punto de vista de la dinámica de sistemas permite abordar problemas de investigación de diversa índole de manera sistémica.

Específicamente, por medio de los diagramas causales empleados como herramienta fundamental en el establecimiento de los modelos dinámicos de simulación propuestos, es posible identificar diferentes bucles de retroalimentación en el sistema. Los bucles positivos conllevan a un ciclo reforzador. Esto ocasiona una situación inestable, por su comportamiento dinámico de crecimiento, evolución y posible colapso del sistema. En la aplicación local presentada, esta situación se observó en la problemática de cambio climático y sus efectos colaterales negativos sobre la productividad del cultivo. Por otro lado, se pueden presentar bucles de retroalimentación negativos, los cuales conducen a un ciclo compensador. De esta forma, se generan fuerzas de resistencia que limitan el crecimiento y tienden a estabilizar el sistema. En este caso, a nivel internacional se han desarrollado iniciativas mundiales de medición, control y reducción de los gases de efecto invernadero. Específicamente estos son: los mecanismos de desarrollo limpio, la política de adaptación y mitigación al cambio climático y la política nacional de producción más limpia, los cuales tienen como objetivo aminorar los efectos colaterales producidos por el cambio climático.

La identificación de estructuras causales de retroalimentación de la situación problema analizada, facilita la comprensión del comportamiento del sistema real y por tanto, permiten una adecuada formulación de los modelos dinámicos propuestos. Lo anterior facilita el proceso de toma de decisiones sobre prácticas agrícolas de operación, en un entorno ambiental complejo en constante crecimiento.

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Notas de autor

alopez@icesi.edu.co