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Validación del modelo RUMINANT para obtener estimaciones precisas
de las emisiones de metano entérico en condiciones tropi...
Objetivos
1. Validar la capacidad del modelo RUMINANT para simular emisiones
de CH4 entérico condiciones de trópico bajo C...
http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/023423/1_INFORME_BIENAL_ACTUALIZACION.pdf
Emisiones de GEI (Gg CO2 e...
Ganadería y cambio climático: Victima, Verdugo y solución! (2013)
 Responsable del 14.5 % de las emisiones:
1. 44%: Produ...
92 países en desarrollo incluyeron ganadería en sus NDC para reducir emisiones
Andreas Wilkes
Lini Wollenberg
Initial idea: 2014
Formalization: 2015/16
Objectives:
a) Support the formulation of public policies related to
sustainable...
Contribución Nacionalmente Determinada (NDC)
Acuerdo de Paris: limitar el aumento
temperatura a 2C° con respecto al momen...
Proyecto LivestockPlus: NAMA Ganadería (Colombia)
Information note registered to the UNFCCC:
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Validación del modelo RUMINANT usando mediciones in vivo e in vitro
Diferentes dietas
Factores de
emisión
N.Palmer
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LivestockPlus: supporting NAMAs in Colombia and Costa Rica
Science results on the role of improved forages as mitigation
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Métodos medición de metano
Patra et al. 2016
Medición de metano in vivo (Politúnel)
1. Lockyer & Jarvis 1995
2. Lockyer 1997
3. Powell et al. 2007
4. Aguerre et al. 20...
Medición de metano in vitro
Técnica de producción de gases
Brooks, A. and Theodorou, M.K.
1992
Producción de gas método
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Tratamientos:
1. T1: Brachiaria brizantha cv Toledo
2. T2: Brachiaria brizantha cv Toledo + Canavalia brasiliensis
3. T3: ...
Modelos vs Mediciones de campo
Mediciones de campo Modelos Mecanísticos
Método tradicional para cuantificar CH4 Usa ecuaci...
Animal Forraje Sistema
Especie Fibra detergente Neutra (FDN) Modalidad
Peso actual Proteína cruda (CP) Sistema de alimenta...
Fibra neutro
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Proteina
Cruda
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CenizasCarbohidratos
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Datos del forraje
Salidas del modelo
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RESULTADOS
Entrada Efecto sobre
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Significancia
Peso vivo + ***
Fibra detergente neutra (FDN) - ***
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Cayman (Brachiaria híbrido cv. CIAT BR 02/1752)
Leucaena (Leucaena diversifolia y L. leucocephala)
Toledo (Brachiaria briz...
FE
TIER 2
IPCC
123 L/d/cabeza
Ganado vacuno
no lechero
Emisiones de metano simuladas en el modelo
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IPCC
123 L/d/cabeza
Ganado vacuno
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Emisiones de metano observadas en politúnel
210.3
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FE
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IPCC
123 L/d/cabeza
Ganado vacuno
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Emisiones de metano in vitro
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Simulado
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Dispersión de los valores de metano observados in vitro y
simulados
Metano (L/día/animal)
R2 = 0,92
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Caso 2: Modelo inexacto y preciso
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 Este proyecto permitió validar el modelo RUMINANT para emisiones de metano de ganadería de trópico bajo (Valle del Cauca...
Caso 1: Modelo impreciso e inexacto
Caso 2: Modelo inexacto y preciso
Caso 3: Modelo exacto e impreciso
Caso 4: Modelo exa...
• Indicador más antiguo y usado para evaluar la exactitud de modelos
• Diferencia media entre los valores observados y sim...
Proporción de la varianza explicada por la línea Y=f(X1,…,Xp)
En una relación perfecta, este valor es igual a 1
La EM es u...
• Indicador mas común y confiable de la exactitud de un modelo
• Precision de la regresión lineal por medio de la diferenc...
Gracias!
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Validación del modelo RUMINANT para obtener estimaciones precisas de las emisiones de metano entérico en condiciones tropicales para apoyar las Contribución Prevista Determinada a Nivel Nacional (NDC) Colombianas

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Esta presentación contiene resultados del modelo RUMINANT, usado dentro del programa LivestockPlus para simular emisiones de CH4 entérico condiciones de trópico bajo en Colombia. También se evalúa la capacidad del modelo para diferenciar las emisiones de CH4 asociadas con siete dietas diferentes y la posibilidad de utilizar el modelo en procesos como NDCs y NAMAS

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Validación del modelo RUMINANT para obtener estimaciones precisas de las emisiones de metano entérico en condiciones tropicales para apoyar las Contribución Prevista Determinada a Nivel Nacional (NDC) Colombianas

  1. 1. Validación del modelo RUMINANT para obtener estimaciones precisas de las emisiones de metano entérico en condiciones tropicales para apoyar las Contribución Prevista Determinada a Nivel Nacional (NDC) Colombianas Laura Serna, Alejandro Ruden, Xiomara Gaviria, Mauricio Sotelo, Jhon F. Gutiérrez, Catalina Trujillo, Johanna Mazabel, Stiven Quintero, Jeimar Tapasco, Rolando Barahona, Ngoni Chirinda & Jacobo Arango Proyecto LivestockPlus
  2. 2. Objetivos 1. Validar la capacidad del modelo RUMINANT para simular emisiones de CH4 entérico condiciones de trópico bajo Colombia. 2. Evaluar la capacidad del modelo RUMINANT para diferenciar las emisiones de CH4 asociadas con siete dietas diferentes. 3. Evaluar la posibilidad de utilizar el modelo en procesos como NDCs y NAMAS.
  3. 3. http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/023423/1_INFORME_BIENAL_ACTUALIZACION.pdf Emisiones de GEI (Gg CO2 eq) en Colombia por categoría 2010-2012
  4. 4. Ganadería y cambio climático: Victima, Verdugo y solución! (2013)  Responsable del 14.5 % de las emisiones: 1. 44%: Producción y procesamiento de alimentos 2. 38%: Fermentación entérica 3. 9%: Descomposición de desechos 4. 9%: Expansión de pasturas, deforestación  Reducción al alcance : PRACTICAS DE MANEJO (Y USO DE FORRAJES MEJORADOS) Reducción del 30% de GEI (por unidad de producto)  Clave para reducir emisiones: EFICIENCIA!. http://www.fao.org/livestock-environment • Mejores practicas de alimentación. • Manejo de residuos. • Ahorro de energía y reciclaje en la cadena de suministros. Existen planes globales de reducir emisiones basadas en bosques (REDD+; Acuerdo de Paris), restauración de paisajes (The Bonn Challenge) y conservación de la biodiversidad (Aichi Targets). En todos la ganadería juegan papel fundamental. Rao et al., 2015
  5. 5. 92 países en desarrollo incluyeron ganadería en sus NDC para reducir emisiones Andreas Wilkes Lini Wollenberg
  6. 6. Initial idea: 2014 Formalization: 2015/16 Objectives: a) Support the formulation of public policies related to sustainable beef production in Colombia b) Establishment of programs, plans and projects to support the development of sustainable beef production c) Frequent exchange with roundtables from other countries (e.g., Brazil) and the Global Roundtable for Sustainable Beef (GRSB) d) Technical exchange and assistance (e.g., giras tecnicas/workshops) 2016 is the first year with an official work plan: http://mesaganaderiasoste.wix.com/principal#!plan-accion/w78jo Members: approximately 30 constant members from the private and public sector including donors and science. More information about the MGS: http://mesaganaderiasoste.wix.c om/principalThe MGS operates through 3 different technical commissions: 1. Institutional development led by the Ministries of Agriculture and Environment 2. Techniques and technologies led by CIAT and FEDEGAN 3. Markets led by CIAT Colombian Roundtable for Sustainable Beef – Mesa de Ganaderia Sostenible Colombia (MGS)
  7. 7. Contribución Nacionalmente Determinada (NDC) Acuerdo de Paris: limitar el aumento temperatura a 2C° con respecto al momento antes de la industrialización. Aspiración a que sea 1,5C°.  NDC Colombia: Reducir emisiones de GHG en un 20% en 2030 vs. BAU, en particular a través de la implementación de planes de acción de mitigación en ocho sectores clave.  La meta a 2030 podría ser aumentada al 30% con apoyo internacional. Colombia también está preparando Acciones de Mitigación Nacionalmente Apropiadas (NAMAs).
  8. 8. Proyecto LivestockPlus: NAMA Ganadería (Colombia) Information note registered to the UNFCCC: Information note registered to the UNFCCC: In a 15 year period of implementing the project, NAMA expects to achieve:  Implement 1’250.000 ha of Silvopastoral Systems  370.000 ha of Intensive Silvopastoral Systems  2’200.000 ha intervene with eco-efficient management of improved forages  Achieve 2’000.000 ha restored in bovine livestock grounds  4’000.000 ha freed in other sustainable uses  Benefit 200.000 families across 15 departments in the country  Reduce 4 MTon CO2e by enteric fermentation  Capture 6 MTonCO2e by SSP implementation  Capture up to 167 MtonCO2 by restored ecosystems  Avoid deforestation of 2’500.000 ha of forest, reducing the pressure it has, and mitigating 1,228 MTonCO2e  Total investment of USD$900 millions  Abatement cost 4,16 $USD/TCO2e
  9. 9. Validación del modelo RUMINANT usando mediciones in vivo e in vitro Diferentes dietas Factores de emisión N.Palmer Inventario GEI NDC, NAMA, MRV N.Palmer Composición nutricional de dietas Emisiones in vivo Emisiones in vitro Comparar con estimaciones del modelo
  10. 10. LivestockPlus: supporting NAMAs in Colombia and Costa Rica Science results on the role of improved forages as mitigation options by:  Increasing soil carbon storage  Reducing soil N2O emissions  Reducing CH4 emissions Soil carbon stocks after 10 years of cultivation (0-80 cm soil depth) 2 - 6 Mg C ha-1 yr-1 CON: Bare soil, PM: P. maximum, BHM: Brachiaria Mulato hybrid, Bh:679: B. humidicola 679 Bh-16888: B. humidicola 16888 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -2 1 4 7 10 13 16 19 22 25 N2Oflux(mgN2Om-2day-1) Days after urine application MULATO (Low BNI) 679 (high BNI) N2O fluxes 257.5 230.5 173.6 0 50 100 150 200 250 300 7:12 12:00 16:48 21:36 2:24 7:12 12:00 Methane(Lt/animal/day) Time (hours) Scenario 2: Grass + legume “b” Cumulative CH4 emissions from enteric fermentation by different diets Current scenario: 100% Tropicales grass Scenario 1: Grass + legume “a”
  11. 11. Métodos medición de metano Patra et al. 2016
  12. 12. Medición de metano in vivo (Politúnel) 1. Lockyer & Jarvis 1995 2. Lockyer 1997 3. Powell et al. 2007 4. Aguerre et al. 2011 5. Murray et al. 2014 6. Molina et al. 2016 7. Goopy et al. 2016 Método utilizado frecuentemente por la comunidad científica: 1.0 4.0 7.0 10.0 13.0 16.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Methane(L) Time (Hour) Methane Flux Methane Anim 1 Methane Anim 2 Methane Anim 3 Methane Anim 4
  13. 13. Medición de metano in vitro Técnica de producción de gases Brooks, A. and Theodorou, M.K. 1992 Producción de gas método ANKOM Se basa en la medición del volumen de gas producido a partir de un proceso de incubación con microorganismos ruminales. Medición de metano por cromatografía
  14. 14. Tratamientos: 1. T1: Brachiaria brizantha cv Toledo 2. T2: Brachiaria brizantha cv Toledo + Canavalia brasiliensis 3. T3: Brachiaria brizantha cv Toledo + Canavalia brasiliensis + Leucaena diversifolia 4. T4: Brachiaria híbrido cv Cayman 5. T5: Brachiaria híbrido cv Cayman + Canavalia brasiliensis 6. T6: Brachiaria híbrido cv Cayman + Canavalia brasiliensis + Leucaena diversifolia. 7. T7: Heno (Dichanthium aristatum) Politunel con capacidad para mediciones simultaneas de CH4 (cuatro animales) Ensayo SSP – CIAT HQ evaluación parámetros como GEI, suelo, calidad del forraje, productividad Poster Jhon F. Gutierrez et al.
  15. 15. Modelos vs Mediciones de campo Mediciones de campo Modelos Mecanísticos Método tradicional para cuantificar CH4 Usa ecuaciones matemáticas para estimar CH4 Alto costo de operación Bajo costo de operación Difícilmente escalables Fácilmente escalables Alto costo y demanda de mano de obra para evaluar opciones de mitigación Bajo costo y demanda de mano de obra para evaluar opciones de mitigación ¿Son los modelos mecanísticos como RUMINANT capaces de simular adecuadamente las emisiones de metano entérico en condiciones de trópico?
  16. 16. Animal Forraje Sistema Especie Fibra detergente Neutra (FDN) Modalidad Peso actual Proteína cruda (CP) Sistema de alimentación Ganancia de peso potencial Cenizas Producción de leche potencial Grasa Sexo Fracciones A y B CHO - Proteína Tasas de degradación DMI Entradas del modelo RUMINANT
  17. 17. Fibra neutro detergente Proteina Cruda Grasa CenizasCarbohidratos solubles Datos del forraje
  18. 18. Salidas del modelo
  19. 19. 19 RESULTADOS
  20. 20. Entrada Efecto sobre el metano Significancia Peso vivo + *** Fibra detergente neutra (FDN) - *** Proteína cruda (CP) + *** Fracción A de los carbohidratos (ACHO) - ** Tasa ACHO NUL Fracción B de los carbohidratos (BCHO) + *** Tasa BCHO + Fracción A de las proteínas (ACP) NUL Tasa ACP NUL . Fracción B de las proteínas (BCP) NUL . Tasa BCP + Cenizas - * Grasas - * Prueba de sensibilidad del metano en el modelo Ruminant n= 256 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 Metano Nutrimento Efecto positivo 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 Metano Nutrimento Efecto negativo
  21. 21. Cayman (Brachiaria híbrido cv. CIAT BR 02/1752) Leucaena (Leucaena diversifolia y L. leucocephala) Toledo (Brachiaria brizantha CIAT 26110) Canavalia (Canavalia brasiliensis) Dieta Forraje Abrev. PC% FDN% Grasa% Ceniza% BCHO (%) ACHO (%) 1 Cayman + L. leucocephala (70:30) CyLl 10.96 62.45 3.78 11.88 0.61 10.91 2 Cayman + L. diversifolia (70:30) CyLd 14.65 56.80 3.46 12.54 0.60 12.53 3 Cayman Cy 8.33 68.22 2.51 12.14 0.61 8.8 4 Toledo + L. diversifolia + Canavalia (70:15:15) TLdCa 10.78 66.47 2.92 9.61 0.61 10.20 5 Heno Angleton H 6.23 61.26 3.5 20.31 0.47 8.7 6 Toledo T 6.46 69.16 2.51 10.47 0.64 11.4 7 Estrella + Kudzú (70:30) EK 11.21 72.87 2.97 9.56 0.58 3.38 Composición nutricional de las dietas suministradas Heno Angleton (Dichanthium aristatum) Estrella (Cynodon plectostachius) Kudzú (Pueraria phaseoloides) Poster Stiven Quintero et al.
  22. 22. FE TIER 2 IPCC 123 L/d/cabeza Ganado vacuno no lechero Emisiones de metano simuladas en el modelo 178.1 140.7 116.3 93.2 78.2 66.5 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0 CyLd CyLl TLdCa Cy T EK Metano(L/día/cabeza) Tratamientos Metano Simulado Aporte de variabilidad
  23. 23. FE TIER 2 IPCC 123 L/d/cabeza Ganado vacuno no lechero Emisiones de metano observadas en politúnel 210.3 193.6 175.0 166.8 128.1 123.0 93.2 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 CyLl CyLd Cy TLdCa H T EK Metano(L/día/cabeza) Tratamientos Metano Observado en politúnel in vivo
  24. 24. FE TIER 2 IPCC 123 L/d/cabeza Ganado vacuno no lechero Emisiones de metano in vitro 448 293 241 172 147 0 100 200 300 400 500 600 CyLd Cy T EK H Metano(L/día/cabeza) Tratamientos Metano in vitro
  25. 25. n=22 Metano simulado vs. Observado en politúnel Animal 0 5 10 15 20 25 Methane(L/animal/day) 0 50 100 150 200 250 Simulado Observado CyLlCyLdCy TLdCaTEK EK: Estrella + Kudzú Cy: Cayman CyLd: Cayman + Leucaena diversifolia T: Toledo TLdCa: Toledo + Leucaena diversifolia + Canavalia CyLl: Cayman Leucaena leucocephala
  26. 26. Dispersión de los valores de metano observados en politúnel y simulados Simulado 0 50 100 150 200 250 Observado 0 50 100 150 200 250 Metano (L/día/animal) R2 = 0,7 CyLl CyLdCy TLdCa T EK H: Heno Angleton TLdCa: Toledo + Leucaena diversifolia + Canavalia Cy: Cayman CyLl: Cayman Leucaena leucocephala EK: Estrella + Kudzú T: Toledo CyLd: Cayman + Leucaena diversifolia
  27. 27. Dispersión de los valores de metano observados in vitro y simulados Metano (L/día/animal) R2 = 0,92 CyLd H Cy T EK Metano in vitro = 2.473 (V simulado) + 20.815 H: Heno Angleton TLdCa: Toledo + Leucaena diversifolia + Canavalia Cy: Cayman CyLl: Cayman Leucaena leucocephala EK: Estrella + Kudzú T: Toledo CyLd: Cayman + Leucaena diversifolia
  28. 28. Caso 1: Modelo impreciso e inexacto Caso 2: Modelo inexacto y preciso Caso 3: Modelo exacto e impreciso Caso 4: Modelo exacto y preciso Diana representa valor de Y Esquema de exactitud versus precisión
  29. 29. H: Heno Angleton TLdCa: Toledo + Leucaena diversifolia + Canavalia Cy: Cayman CyLl: Cayman Leucaena leucocephala EK: Estrella + Kudzú T: Toledo CyLd: Cayman + Leucaena diversifolia Metano emitido por Kg de MS consumida 41.9 33.1 31.3 27.2 27.1 25.5 21.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 H TLdCa Cy CyLl EK T CyLd Metano(g/KgMSingerida) Dietas
  30. 30.  Este proyecto permitió validar el modelo RUMINANT para emisiones de metano de ganadería de trópico bajo (Valle del Cauca) a través de la verificación de siete diferentes dietas en novillos de engorde.  RUMINANT puede servir de apoyo a la implementación del NDC de Colombia y mejorar los cálculos de los inventarios nacionales de GEI, además de identificar acciones apropiadas de mitigación (NAMA).  Se encontró un buena correlación entre los datos observados in vivo (Polytunel) y los estimados por RUMINANT (R2=0,7).  Se encontró un excelente correlación entre los datos observados in vitro y los estimados por RUMINANT (R2=0,9).  La comparación RUMINANT vs. mediciones in vivo arrojó un factor de corrección de 1,4 (media de cocientes). Para aplicar este factor de corrección a escala nacional se sugiere replicar este experimento en otras eco-regiones, otras dietas, otros animales.  Según los datos presentados, la dieta es un factor crucial en las emisiones de metano. En este sentido resulta crucial tener una base de datos centralizada y de libre acceso de los valores nutricionales de las principales dietas (forrajes y suplementos) presentes en el país (e.g., Alimentro de Corpoica).  Una vez implementada la NAMA ganadera, RUMINANT se podría utilizar como soporte en un sistema de MRV. Conclusiones
  31. 31. Caso 1: Modelo impreciso e inexacto Caso 2: Modelo inexacto y preciso Caso 3: Modelo exacto e impreciso Caso 4: Modelo exacto y preciso Línea punteada representa valor de Y Comparación entre exactitud y precisión
  32. 32. • Indicador más antiguo y usado para evaluar la exactitud de modelos • Diferencia media entre los valores observados y simulados por el modelo • Menor MB significa una menor dispersion de los datos 𝑀𝐵 = 𝑖=1 𝑛 (𝑌𝑖 − 𝑓 𝑋1, … , 𝑋 𝑝)𝑖 𝑛 𝑀𝐵 = 48,1 Mean Bias
  33. 33. Proporción de la varianza explicada por la línea Y=f(X1,…,Xp) En una relación perfecta, este valor es igual a 1 La EM es un buen indicador de ajuste del modelo (Mayer y Butler, 1993) 𝑀𝐸𝐹 = 0,7 Eficiencia del modelo
  34. 34. • Indicador mas común y confiable de la exactitud de un modelo • Precision de la regresión lineal por medio de la diferencia entre los valores observados (Yi) y los valores simulados (Bibby y Toutenburg, 1977) 𝐸𝐶𝑀𝑃 = 𝑖=1 𝑛 (𝑌𝑖 − 𝑓(𝑋1, … , 𝑋 𝑝)𝑖)2 𝑛 𝐸𝐶𝑀𝑃 = 1,2 Error cuadrático medio de la predicción
  35. 35. Gracias! j.arango@cgiar.org

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