Páginas 13-21 CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO PARA LA SIMULACIÓN DINÁMICA DE SISTEMAS CON EL SOFTWARE Vensim PLE. Iosu Marruedo Abascal 1. INTRODUCCIÓN: La didáctica de la asignatura Ciencias de la Tierra y del Medioambiente desde una perspectiva sistémica tiene en el software Vensim PLE una buena herramienta para construir modelos de simulación de interacciones entre los diferentes Sistemas Naturales. En este artículo se presenta uno de estos modelos construido con fines didácticos, en el que se pretende simular una relación depredador-presa múltiple entre tres poblaciones: anchoa del Golfo de Bizkaia, verdel (caballa) y bonito del Norte. Este modelo pretende que el alumno sea capaz de visualizar las relaciones existentes entre las tres poblaciones y las funciones asociadas que se definirán, observando el efecto múltiple que en cada caso puede ocasionar el solo cambio de una de estas variables. 2. CONTEXTUALIZACIÓN DEL MODELO: Considero conveniente utilizar la metodologia propia de actividades CTS (Ciencia/Tecnologia/Sociedad), pues la contextualización de las simulaciones que luego hará el alumno es muy importante; no es un mero juego especulativo, sino que vamos a simular procesos de gran repercusión en los Sistemas Naturales (interacciones Hidrosfera, Biosfera, Atmósfera) así como en la Sociosfera (necesidad de adoptar acuerdos internacionales, crear nueva Legislación sobre cupos, TAC, periodos de descanso de las poblaciones, repercusiones económicas en el sector pesquero y conservero, ) y Tecnosfera (desarrollo de métodos de detección, tecnologia naviera e industria asociada ). Con este fin ofrezco en este mismo artículo algunos datos básicos sobre la pesquería de la anchoa en el Golfo de Bizkaia y una lista con algunas otras referencias de fuentes de información para poder realizar actividades de contextualización: La costera de la anchoa, junto con la del bonito del Norte, constituye el principal soporte económico de la flota de cerco del Cantábrico. La pesquería pudo desarrollarse desde comienzos del s. XX con el asentamiento de conserveros italianos en el País Vasco y Cantabria y alcanzó su apogeo a comienzo de los años sesenta cuando una flota de unos 570 cerqueros descargaba capturas superiores a las 50.000 t. anuales ( con un máximo de 80.000 t. en 1965). Estas capturas no fueron sostenibles y
en los años siguientes se sucedieron grandes descensos de capturas y por consiguiente descendió también el número de barcos. Las capturas promedio de anchoa (desde el año 1990) son de unas 15.000 t; normalmente para mediados de mayo se alcanza el 40% de las capturas anuales de anchoa. Desde los años 2003 y 2004 la Biomasa de reproductores se halla fuera de los límites biológicos (AZTI) situandose por debajo de las biomasas límite y de precaución ( B lim = 21.000 t y B pa = 33.000 t.) y finalmente en 2005 se evalúa el stock en su mínimo histórico (aproximadaente 10.000 t.) bien por debajo de la Biomasa límite. Tanto en noviembre de 2005 como en 2006 el CIEM ha calificado el stock en situación de capacidad reproductiva reducida y recomienda el cierre de la pesquería hasta constatar su recuperación. La anchoa es una especie de vida corta para la cual el reclutamiento juega un papel muy importante a la hora de fijar el nivel de stock. Su desove en el Golfo de Bizkaia se produce en primavera, principalmente desde abril hasta julio (CORT et al., 1976, LUCIO y URIARTE, 1990; MOTOS et al 1996 ). Esta población de anchoa desova en áreas donde pueda darse una producción biológica importante (MOTOS eta al., 1996): plumas de ríos, frentes de plataforma continental, giros oceánicos. En general el desove se limita a las costas españolas y, principalmente, francesas (al sur de 46º30 N y al este de 5ºO). Los huevos de anchoa se desarrollan de abril a agosto ; tras la metamorfosis los juveniles de anchoa se dispersan en el área. Los eventos oceanográficos y atmosféricos que ocurren en dicho periodo juegan un papel primordial en la dinámica de los distintos estadíos de la vida de estos peces y en la consiguiente fuerza o fracaso del reclutamiento. Así, los problemas actuales con la pesquería de la anchoa parecen ser debidos a fracaso en el reclutamiento durante varios años sucesivos; JUNQUERA (1986,1988) sugirió que el medioambiente puede ser el factor que cause los cambios en la población de anchoa en el Golfo de Bizkaia durante estos años. BORJA et al. (1996)han explicado la relación positiva existente entre el reclutamiento de anchoa y el afloramiento originado por la prevalencia de los vientos del norte y del este en el Golfo de Bizkaia durante la primavera y principios del verano. Estos vientos producen débiles afloramientos (con aporte de nutrientes y disminución de la temperatura del agua) de escasa turbulencia y expande la influencia de las plumas de los ríos franceses sobre la plataforma continental. Otras refrencias: (CTRL+Click para seguir el vínculo) Artículos de prensa: http://www.deia.com/es/impresa/2006/07/21/bizkaia/ekonomia/272209.php http://www.gara.net/paperezkoa/20070719/29485/es/la-comision-no-reabrira-pesqueria-anchoa-trasrechazar-peticion-paris Artículos científicos: Situación actual de la población de anchoa del golfo de Vizcaya (Power Point del IEO) http://www.arrantza.net/index.php?idioma=es&seccion=7&ctipo=2&contenido=166 (datos de las diferentes pesquerias) http://www.euskonews.com/0064zbk/gaia6403es.html (Interacciones vientos, afloramientos, temperatura y éxito del reclutamiento de anchoa) http://www.pesca2.com/informacion/desc_noticia.cfm?noticia=8365 http://www.azti.es/muestracontenido.asp?idcontenido=679&content=6&nodo1=43&nodo2=96 Situación de las poblaciones de anchoa y caballa (verdel) en el... (impacto del hundimiento del Prestige. IEO)
3.- CONSTRUCCIÓN DEL MODELO: 3.1- Elaboración del Diagrama Causal: Se determinan las variables de nivel (en unidades de toneladas de Biomasa) de cada una de las tres poblaciones: anchoa del Golfo de Bizkaia, verdel y bonito del Norte; a continuación establecemos las relaciones con las diferentes variables que inciden en el tamaño de la Biomasa de cada una de ellas. El signo +/- al lado de cada flecha indica que la relación de las funciones implicadas es proporcionalidad directa/ inversa. Como puede observarse en el Diagrama Causal (Figura 1) el bonito es depredador de biomasa reproductora de anchoa y de verdel; el verdel es depredador de huevos y juveniles de anchoa hasta 1º año y a su vez es presa del bonito y por último, la anchoa es presa del verdel y del bonito. Figura 1. El modelo recoge las opiniones de los científicos que atribuyen el fracaso del reclutamiento tanto a causas ambientales (vientos, afloramiento, ) como a la acción de los depredadores (mortalidad por pesca). Así, hemos simplificado el efecto ambiental considerando solo el efecto de la temperatura media anual del agua en el Golfo de
Bizakaia, haciendo equivaler temperaturas frías (15,5º-16º) con una situación atmosférica de elevado nº dias/año de vientos del N y del E, mayor afloramiento y abonado de las aguas del mar. Las temperaturas elevadas (17º-17,5º) representan acción de vientos del NO, reforzamiento de la acción de la Corriente del Golfo y menor cantidad de nutrientes en el agua del mar (por lo tanto menor reclutamiento y menor carga máxima de anchoa). La variación de temperaturas (fria-caliente) oscila entre 15,3ºC (año 1956) y 17,4ºC (año 1950) según los registros de temperatura que desde 1946 se toman frente a San Sebastián-Donostia. El modelo está diseñado para el intervalo 14ºC-19ºC. 3.2- Traducción del Diagrama Causal a un modelo de flujos: El modelo de flujos esta inspirado en los modelos clásicos depredador-presa que utilizan las ecuaciones de Lotka y Volterra y posteriormente modificado. La traducción al modelo de flujos es el proceso más complicado; lo realizamos en tres pasos, en cada uno incorporamos una población y sus flujos, tal y como puede observarse en las figuras 2, 3 y 4 Figura 2.
Figura 3.
Figura 4. Después de hacer la trama de relaciones abrimos tres ventanas de comentario para poder visualizar la evolución temporal de la poblaciones implicadas. En la Figura 5 de la página siguiente puede verse el modelo completo ofreciendo una simulación. Las variables en cuadro de fondo azul intenso son tipo lookup. 4.- UTILIDADES DIDÁCTICAS Y RECOMENDACIONES DE USO: Recomendaciones de uso generales : - Cuando se modifiquen entradas en las variables, es recomendable hacerlo de una en una. - Las modificaciones deben ser discretas y proporcionadas a la magnitud con la que se está trabajando; no debemos poner cualquier valor arbitrariamente si queremos una simulación creíble. - Las entradas esperanza de vida son valores reales en años, por lo que conviene no modificarlas o hacerlo en +/- 0,5 años. - La B pa de la anchoa es real ( no modificar) las del bonito y verdel son especulativas. VARIABLE Biomasa de precaución de anchoa (B pa ) UTILIDAD DIDÁCTICA Recomendaciones de uso Explicar el concepto. El alumno puede comprobar el efecto de pescar por encima del valor de la B pa Para comprobar el efecto de la sobrepesca se recomienda usar las capturas de bonito, aumentándolas algo por encima de su biomasa de precaución
Figura 5.
VARIABLE UTILIDAD DIDÁCTICA Recomendaciones de uso Magnitud evolución temporal Model-Settings-FINAL TIME (indicar duración en años) - OK Capacidad de carga de anchoa (K) Efecto de la temperatura del agua del mar Tamaño del cardumen Necesidades alimenticias de Natalidad, mortalidad (1/esperanza de vida), ciclos reproductores El alumno debe comprender la estrategia de crecimiento de una población según la estrategia de la K (crecimiento sigmoideo), o nº máximo de individuos (biomasa máx.) que el sistema puede sostener en condiciones óptimas.. Por qué las poblaciones crecen exponencialmente al principio y pasado un tiempo presentan crecimiento sigmoideo? Presentar el concepto estrés ambiental y realizar una determinación gráfica de su valor Util para poder comprender las interacciones entre Atmosfera (régimen de vientos), Hidrosfera (corrientes, afloramientos..) y Biosfera (reclutamiento de biomasa). Puede usarse para recordar las relaciones intraespecíficas: Cardumen. El agrupamiento en grandes cardúmenes tiene un efecto protector, disminuyendo la eficacia del depredador. Explicar el concepto eficiencia trófica. El alumno debe ofrecer una respuesta a la pérdida de energia circulante por el sistema, al pasar de un nivel trófico a otro. Si para hacer 1k de biomasa de bonito, necesito 2,5 K de anchoa+verdel, Qué ha ocurrido con la diferencia de 1,5 K?. El alumno debe comprender que la determinación experimental de estas variables para cada especie, justifica el estudio de disciplinas básicas como la Zoologia y que es fruto del trabajo integrado de diferentes especialistas. Se recomiendan los valores entre 50 y 150 años Aumentando o disminuyendo la entrada Capacidad de carga de anchoa el alumno puede visualizar el efecto en las tres poblaciones. Puede hacerse dos simulaciones con diferente capacidad de carga y obtener las graficas de Biomasa en cada caso; superponer ambas graficas utilizando el icono de la columna izquierda, runs compare ; el valor de la superficie comprendida entre las gráficas expresa el valor del incremento del estrés ambiental. Por ejemplo, variar de 15.5ºC a 16ºC y a 16.5ºC. Observar la incidencia en las tres poblaciones de un calentamiento de 0.5ºC. Abrir las ventanas gráficas de las funciones Tamaño del cardumen y Captura de anchoa. Comparar ambas gráficas. Los valores que se proponen en el modelo son muy pequeños (es decir suponemos eficiencias muy altas) en realidad son mucho mayores pero compensamos así que en este modelo el verdel y el bonito no se alimenten de otras presas diferentes a la anchoa. Ofrecer al alumno una relación de los centros de investigación sobre estas pesquerías, existentes en el Cantábrico (Comunidad Autónoma Vasca, Santander..) y dar noticia de los proyectos en curso, campañas de seguimiento En la Figura 6 de la página siguiente, se presenta este mismo modelo incorporando una modificación (modificaciones en color rojo) ; en esta versión modificada, la función Capacidad de carga de anchoa se ha integrado con el Efecto ambiental. Tº media anual del agua de mar ; ahora la Capacidad de carga ya no es una entrada independiente que podemos alterar a voluntad, sino que depende de la temperatura, es decir de la abundancia de nutrientes en el sistema, presentando un funcionamiento más cercano a la realidad.
Figura 6.(Versión modificada; modificaciones en rojo). Además de las recomendaciones y usos señalados, es posible que cada profesor encuentre una nueva utilidad o bien acierte a introducir nuevas modificaciones y conseguir así que este modelo sirva mejor a la finalidad de desarrollar unos procesos de enseñanza y aprendizaje de las Ciencias Medioambientales más integrados y eficaces. Iosu Marruedo Abascal.