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Usando MBA para Modelar Sistemas Sócio-Ecológicos: uma

aproximação interdisciplinar

Cristina Adams

cadams@usp.br

Organização da Palestra

• Minha trajetória interdisciplinar

• Problemas ambientais e complexidade

• Sistemas sócio-ecológicos (SES)

• Modelagem baseada em agentes (MBA)

• Ecologia Humana

• SES e MBA: um estudo de caso no Vale do Ribeira

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Impacto das Inovações Tecnológicas

Problemas Ambientais

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Problemas Ambientais

Sistemas altamente complexos; grande interdependência entre os sistemas ecológico e

social; caracterizados por incertezas

Daly, H. E. 2005. Sustentabilidade em um mundo lotado. Scientific American Brasil, 4(41): 92-99.

Sistemas Sócio-Ecológicos (SES)

• Sistemas complexos adaptativos

• Feedbacks entre recursos, atores e instituições, em múltiplas escalas

• Dinâmicas não-lineares

• Com potencial para mudanças de fase, auto-organização, interações entre-escalas e surpresa

Schluter et al. 2012

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Manejo e Gestão de SESVisão Convencional

• Incertezas são ignoradas

• Elementos individuais são tratados isoladamente

• Atores são racionais, informados

• Manejo por comanda-e-controle; manejo do estoque de recursos

Sistemas Complexos

• Complexidade e incertezas são explicitamente consideradas

• Elementos interagem na microescala e padrões emergem na macroescala

• Atores têm informação imperfeita, parcialmente racionais

• Manejo visa resiliência e capacidade adaptativa

Schluter et al. 2012

Schluter et al. 2012

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Modelagem de SES• Modelos contribuem para:

1. Compreender como as características estruturais dos sistemas ecológico e social, e a dinâmica dos feedbacks entre ambos, determinam o comportamento do SES

2. Sugerir estratégias de manejo/governança que levem em consideração a natureza do SES, e que consigam lidar com as incertezas

Área interdisciplinar emergente de pesquisa

Schluter et al. 2012

Modelos Baseados em Agentes

• Simulação computacional de agentes e

instituições que interagem através de regras

determinadas

• Os agentes estão imersos e interagem com um

ambiente dinâmico

• Têm a capacidade de aprender e adaptar-se às

respostas dos outros agentes e

do ambiente

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Modelos Baseados em Agentes

• A dinâmica das interações dos sistemas fazer

surgir propriedades emergentes

• Normalmente trabalham com interações entre

diferentes níveis: o sistema é afetado pelo

comportamento dos indivíduos, que por sua vez

é afetado pelo comportamento

do sistema

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Ecologia Humana(Antropologia Ecológica/Ambiental)

• Área interdisciplinar de pesquisa, que utiliza teoria e métodos (quantitativos e qualitativos) das ciências sociais (antropologia) e da ecologia.

• Foco nas relações humanas com o meio ambiente

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Sociedades depequena escala

Característicasprincipais

Tamanho/populacional

OrganizaçãoSocial

Economia e Ecologia

Graus diferentes deorganização central ou

hierarquia

Reciprocidadee

Trocas

Regime de gestão derecursos comum

Divisão do trabalho (gênero/idade)

Formas de adaptaçãoao ambiente ou uso

De recursos Relações de parentesco

Reciprocidade e trocas

Sociedades de Pequena Escala

Maior ou menor integração ao

mercado

Morsello 2010

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Village

Ribeira de Iguape River

Local Road

State Road

Atlantic Ocean

Paraná

São Paulo

Comunidades Quilombolas, Vale do Ribeira (SP)

Munari (2010: 59)

Modo de Vida

Século XVIII – 1950

• Arroz, milho, feijão emandioca

• Caça e criação de animais

• Coleta de PFNM’s

• Venda de excedente acomerciantes locais

Adams et al. (2013)

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Agricultura Itinerante

Gavin Adams

Uso do Solo

Paisagem heterogênea: estrutura e biodiversidade

Munari (2010: 59)

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Modo de Vida

Desde 1950’s

• Extração palmito

jussara (E. edulis)

• Agricultura itinerante

• Cultivo comercial

permanente

• Trabalho fora da

unidade doméstica

Adams et al. (2013)

PAISAGEM E O PASSADO

VEGETAÇÃO

FAUNA

SAÚDE NUTRICIONAL

ROÇA JARDINS-QUINTAIS

SOLOS

PRODUTIVIDADE AGRÍCOLAINSTITUIÇÕES MODELAGEM

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Perguntas de Pesquisa

• Quais é a influência do sistema agrícola sobre a

vegetação (estrutura, biodiversidade) ?

• Como as decisões individuais de cada agricultor

influem na conformação da paisagem (incluindo

vertente, declividade, solo,

cultivar, necessidades

da UD, legislação

ambiental, disponibilidade

de mão-de-obra)?

Perguntas de Pesquisa

• Qual estratégia de manejo de palmito permitiria

preserva a espécie e contribuir para a renda familiar?

• Como se dá a difusão de inovações agrícolas?

• Porque as inovações agrícolas recentes não tem

conseguido melhorar a renda familiar?

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Projetos

1. Modelagem baseada em agentes para avaliação da sustentabilidade da exploração de palmito juçara (Euterpe edulis) por comunidades quilombolas do Vale do Ribeira(Raoni, Fernando)

2. Modelo de sistema multiagentes como ferramenta para avaliação da adoção e difusão de novas tecnologias agrícolas em comunidades Quilombolas no Vale do Ribeira (SP)(Fernando, Flavia,..)

Avaliação da Sustentabilidade Manejo Palmito

• Simulação do sistema sócio-ecológico Quilombolas – Euterpe edulis Martius;

• Construção e comparação de dois cenários de política pública (gestão estatal e gestão comunitária)

• Fornecer uma ferramenta para discutir e propor novas políticas públicas para a sustentabilidade do palmito jussara, aliada ao desenvolvimento social

Lima (2013)

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Modelagem Baseada em Agentes (ABM)

• Vantagens:– Abordagem “de baixo para cima”– Útil quando agentes são unidades autônomas mas que

exercem influência uns sobre os outros;– Útil quando os agentes exercem influência e são

influenciados pela base de recursos ao longo do tempo;– Permite atribuir heterogeneidade entre os agentes;– Permite introduzir a não-linearidade no processo de

tomada de decisão;– Sistemas complexos adaptativos: níveis micro e macro;– Combinação de múltiplas fontes de informações;– Baixo custo para testar diferentes condições.

Lima (2013)

Modelagem Baseada em Agentes (ABM)

• Dificuldades:– Transformar percepções e incentivos subjetivos

da vida real em relações matemáticas;

– Validação de modelos teóricos hipotéticos

Lima (2013)

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O Palmito Juçara: Euterpe edulis Martius

Recursos comuns

• Rivalidade: consumo implica em não-disponibilidade

• Não-exclusividade: impossibilidade ou inviabilidade de impedir que alguém tenha acesso ao recurso

• Exemplos: – estoque de peixes;– água para irrigação; – produtos florestais.

• Hardin (1968): Tragédia dos Comuns– Privatização ou estatização

Lima (2013)

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Recursos comuns

• Governing the Commons (Elinor Ostrom, 1990);

• Regimes de apropriação– Livre-acesso;– Propriedade privada;– Propriedade estatal;– Propriedade comunitária.

• Conjuntos de Direitos– Nível operacional: acesso e retirada– Nível de ação coletiva: gestão, exclusão, alienação– Nível constitucional: regras sobre a formulação de

regras

Lima (2013)

Simulação – condições iniciais

– Uma comunidade virtual é criada em uma rede quadrada

– Cada agente (Unidade doméstica - UD) tem 8 vizinhos, extratores ou não-extratores;

– Cada agente i possui uma taxa de desconto di;

– Cada agente i possui uma renda alternativa RAi;

– O estoque inicial de palmeiras jussara é dado.

UD UDUD

UD UD

UD

UD

UDUD

UDi

Taxa de desconto di

Renda alternativa RAi

Lima (2013)

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Condições da simulação

• N = 49

• Renda Alternativa (à extração de palmito)– Heterogeneidade entre os agentes: distribuição normal, com

média R$ 600,00 e desvio padrão R$ 150,00;

• Renda por extração de palmito– R$ 300,00

• Taxa de desconto:– Homogênea para todos os agentes;– Três cenários: d=0 d=0,2 e d=0,9.

• Tmax = 2000 períodos

• Dinâmica populacional do Euterpe edulis (Silva Matos et. al. 1999)

Lima (2013)

Cenário 1 – Política atual de proibição

• A exploração do palmito jussara não é permitida;

• A tomada de decisão, o monitoramento e a aplicação das punições são externas à comunidade;

• A punição depende de uma probabilidade ρ de ser flagrado pela políciaambiental;

• Quando os extratores são flagrados, recebem uma punição λ. Entretanto, a multa é paga pela associação dos moradores da comunidade(compartilhada com todos os membros);

• Não há pressão de pares (peer-pressure) para a conservação do recursopelos agentes. Pelo contrário, os agentes percebem incentivos para extrairao ver seus vizinhos extraindo.

Lima (2013)

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Cenário 2 – Política de gestão comunitária

• Engajamento entre membros da comunidade é necessário para a gestão do recurso;

• A tomada de decisão, o monitoramento e a aplicação de punições são internos à comunidade: os agentes engajados assumem os custos de organização;

• Indivíduos que não extraem podem ser indivíduos engajados, com probabilidade φ;

• Indivíduos engajados incorrem em mais custos de organização, na medida em que a quantidade de vizinhos que extraem é maior. Entretanto, possuem uma margem de tolerância γ, somente a partir da qual decidem agir;

Lima (2013)

Cenário 2 – Política de gestão comunitária

• Indivíduos extratores sofrem pressão de pares e são punidos proporcionalmente à quantidade de vizinhos engajados que possuem.

• Indivíduos extratores nunca assumem custos de organização

UD UDUD

UD UD

UD

UD

UDUD

Lima (2013)

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Resultados – Modelo de Proibição, d=0

Estoque final de palmeiras no modelo de proibição estatal, conforme a probabilidade de punição ρ e a severidade da punição, representada por λ,

quando a taxa de desconto d=0.Lima (2013)

Resultados – Modelo Comunidade, d=0

Estoque final de palmeiras no modelo de gestão comunitária do recurso, conforme a proporção φ de agentes engajados e margem de tolerância γ,

quando a taxa de desconto d=0.Lima (2013)

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Resultados – Modelo de Proibição, d=0,2

Estoque final de palmeiras no modelo de proibição estatal, conforme a probabilidade de punição ρ e a severidade da punição, representada por λ,

quando a taxa de desconto d=0,2.Lima (2013)

Resultados – Modelo Comunidade, d=0,2

Estoque final de palmeiras no modelo de gestão comunitária do recurso, conforme a proporção φ de agentes engajados e margem de tolerância γ,

quando a taxa de desconto d=0,2.Lima (2013)

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Conclusões• Na maior parte das condições testadas, o estoque final de palmito

no modelo de gestão comunitária foi superior ao modelo de proibição estatal;

• Em algumas condições, o estoque final no modelo de gestão comunitária foi superior até ao estoque que seria obtido caso não houvesse ação humana no meio, o que sugere que há uma taxa de extração ótima do ponto de vista biológico, que poderia ser explorada para fins comerciais;

• Para uma proporção de agentes engajados relativamente baixa (0,2), já houve resultados muito positivos;

• Em diversas condições, a flexibilização das normas atuais para a exploração do palmito juçara por comunidade quilombolas seria mais eficaz para a preservação da espécie, simultaneamente trazendo benefícios do ponto de vista social.

Lima (2013)

Bibliografia Citada• ADAMS et al. 2013. Diversifying Incomes and Losing Landscape Complexity

in Quilombola Shifting Cultivation Communities of the Atlantic Rainforest (Brazil). Human Ecology, 41:119–137.

• LIMA, R. V. A. 2013. Modelagem baseada em agentes para avaliar a sustentabilidade da exploração do palmito juçara por comunidades quilombolas do Vale do Ribeira, São Paulo. Dissertação (Mestrado em Ciências), Programa de Pós-Graduação em Modelagem de Sistemas Complexos, EACH-USP.

• MORSELLO, C. 2010. Sociedades de pequena escala. Apresentação da disciplina SCX5012, Programa de Pós-graduação em Modelagem de Sistemas Complexos, EACH-USP.

• MUNARI, L. C. 2010. Memória social e ecologia histórica: a agricultura de coivara das populações quilombolas do Vale do Ribeira e sua relação com a formação da mata atlântica local. Dissertação (Mestrado em Ecologia), Departamento de Ecologia, Instituto de Biociências-USP.

• SCHLÜTER, M. 2012. New horizons for managing the environment: a review of coupled social-ecological systems modeling. Natural Resource Modeling, 25(1): 219-272.