| Popis: |
Smallholder agriculture is central to agricultural and food systems throughout the world and contributes significantly to human nutrition and economy, especially in the case of Indigenous communities. At the same time, small-scale agricultural systems are particularly complex as well as agroecologically and socioeconomically diverse. This structural diversity strongly influences their long-term behaviour and sustainability, along with the well-being of the communities that depend on them. Nevertheless, and despite their importance to world nutrition, smallholder agricultural systems (and in particular Indigenous ones) are faced with particularly challenging socioeconomic, as well as environmental and climatic, conditions.In this context, the use of computer modelling tools could contribute to a better management of these complex socioenvironmental systems while facilitating the development of sustainable policies that are cognizant of the reciprocal relationships between environment, society and economy that characterise these systems. Despite the frequent application of participatory modelling to socioenvironmental (such as sociohydrological) systems as well as to the analysis of large-scale agricultural systems, several challenges remain regarding the application of modelling tools to the evaluation and design of small-scale agricultural systems.On the socioeconomic side, the complexity of the interactions between social, economic and environmental variables in agricultural systems often generates counterintuitive behaviours and responses. System dynamics modelling is a promising approach with regards to the participatory modelling of such systems; nonetheless, a frequent lack of temporal data regarding the key variables of small-scale agricultural systems, combined with the difficulty associated with representing complex biophysical processes such as climate change and crop growth in a system dynamics environment, complicate the successful application of these methods.On the ecological and environmental side, small-scale agricultural systems display a wide diversity of agroecological food webs that are responsible for pest pressures and thereby exert a strong influence on final yields. However, no uniform methodological framework for modelling agroecological food web population dynamics has been developed to date.This thesis proposes new methodologies and software tools to address these gaps in the literature. On the socioeconomic side, the thesis proposes participatory system dynamics modelling methods to evaluate the environmental and socioeconomic sustainability of small-scale agricultural systems, using the comparison of two different Indigenous small-scale agricultural systems (one prioritising commercial agriculture, and the other self-sufficiency) as case studies. The newly proposed methodologies include 1) the development of a calibration and validation methodology based on hierarchical Bayesian inference to allow for system dynamics model calibration when temporal data is hard to come by, as well as 2) the development of a generic software tool to facilitate coupling between socioeconomic system dynamics models and external physically-based models (such as a cropping model). The results of the application of this methodology to Guatemala indicate that the participatory methodology was successful at identifying key variables and relationships between the socioeconomic and environmental spheres, while model coupling allowed for the generation of more precise and realistic predictions than would have been possible in the absence of an external physically-based model. On the agroecological side, this thesis presents 3) a better theoretical foundation for the modelling of predation in food webs, and 4) a methodological framework and generic software tool for building agroecological food web population dynamics models. The results presented in this thesis offer the first theoretical evidence, based on calibrated model simulations, of the ecological dynamics behind pest resurgence in fields under synthetic chemical control and also demonstrate the utility of a predictive modelling-based integrated pest management approach.The results of this thesis may be of use for the design of agricultural development programmes targeted towards small-scale agricultural communities, especially in the context of Indigenous regions.; La agricultura a pequeña escala representa un componente central de los sistemas agroalimentarios mundiales y, por lo mismo, contribuyen de manera importante y a la economía, la alimentación humana, particularmente en las comunidades Indígenas. Los sistemas agrícolas a pequeña escala son particularmente complejos y diversos en los ámbitos socioeconómicos tanto como los agroecológicos, y esta diversidad estructural determina fuertemente el comportamiento y la sostenibilidad a largo plazo tanto del sistema como de las comunidades que dependen de él. No obstante, y a pesar de su importancia para la alimentación mundial, los sistemas agrícolas a pequeña escala, y en particular los que apoyan las comunidades Indígenas, se enfrentan a grandes desafíos de orden socioeconómico, así como ambiental y climático.En este contexto, la utilización de herramientas de modelización informática podría contribuir a una mejor gestión de estos sistemas socioambientales y al mismo tiempo fomentar el desarrollo de políticas públicas sostenibles que tomen en cuenta las relaciones recíprocas entre ambiente, sociedad y economía que caracterizan el funcionamiento de estos sistemas. Mientras tanto, y a pesar del uso frecuente de modelos participativos en el análisis de sistemas socioambientales (p. ej., la sociohidrología) tanto como de sistemas agrícolas a gran escala, varios desafíos quedan frente a la aplicación de la modelización informática, a la evaluación y a la conceptualización de los sistemas agrícolas a pequeña escala.Del lado socioeconómico, la complejidad de las interacciones entre variables sociales, económicas y ambientales genera frecuentemente comportamientos y respuestas contradictorias de parte de los sistemas agrícolas. La modelización de dinámica de sistemas ofrece una metodología interesante hacia la simulación participativa de estos sistemas. No obstante, la falta de datos temporales de las variables claves de la mayoría de los sistemas agrícolas a pequeña escala, combinada con la dificultad asociada a la representación de los procesos biofísicos complejos (tales como los cambios climáticos o el crecimiento de los cultivos) en un ambiente de dinámica de sistemas complican la aplicación de esta metodología a los sistemas agrícolas a pequeña escala.Del lado ecológico y ambiental, estos sistemas incluyen una gran diversidad de redes tróficas agroecológicas, las cuales determinan las presiones de las plagas sobre los cultivos y por lo tanto ejercen una fuerte influencia en los rendimientos finales. No obstante, ningún cuadro metodológico estandardizado para la modelización de las dinámicas poblacionales de las redes tróficas agroecológicas ha sido desarrollado.En este contexto, la presente tesis propone nuevos métodos y herramientas informáticas que contribuyen a responder a estas necesidades. Del lado socioeconómico, propone metodologías participativas de dinámica de sistemas para evaluar la sostenibilidad ambiental y socioeconómica de los sistemas agrícolas a pequeña escala, en el contexto de la comparación de dos sistemas agrícolas Indígenas a pequeña escala en Guatemala (uno orientado hacia el mercado comercial, y el otro hacia la autosuficiencia). Los nuevos métodos propuestos incluyen 1) el desarrollo de una metodología de calibración y de validación espacial de los modelos de dinámicas de sistemas aplicable a situaciones donde los datos temporales son difíciles de encontrar, y 2) el desarrollo de una herramienta informática genérica para facilitar la conexión entre modelos de dinámica de sistemas y modelos físicos externos, tales como los modelos de cultivos. Los resultados de la aplicación de esta metodología a Guatemala indican que la metodología participativa de dinámica de sistemas identifica exitosamente las variables y las relaciones claves de los sistemas socioeconómicos y ambientales, y que la conexión de los modelos genera previsiones más precisas y realistas que hubieran sido posibles sin el uso de un modelo físico externo. Del lado agroecológico, la tesis presenta 3) una mejor fundamentación teórica para la modelización de la depredación en las redes tróficas, así como 4) un cuadro metodológico y una herramienta informática genérica para la modelización de las dinámicas poblacionales de las redes tróficas agroecológicas. Los resultados presentan la primera evidencia teórica, basada en la modelización calibrada, de las dinámicas ecológicas detrás del resurgimiento de las plagas bajo regímenes de control químico y demuestran la utilidad de la gestión integrada y basada en modelización predictiva de las plagas.Los aportes de esta tesis serán útiles en el contexto de la planificación de intervenciones de desarrollo agrícola para comunidades agrícolas a pequeña escala, en particular en el contexto de las regiones Indígenas.; L’agriculture à petite échelle est une composante clef des systèmes agroalimentaires au niveau mondiale et contribue de manière importante et à l’économie, et à l’alimentation humaine, et ce, en tout particulier dans le cas des communautés Indigènes. Les systèmes agricoles à petite échelle sont particulièrement complexes et diverses sur les plans socioéconomiques autant qu’agronomiques et écologiques, et c’est cette diversité structurelle, entre autres, qui détermine le comportement et la durabilité au long terme des systèmes agricoles et le bien-être des communautés qui en dépendent. Malgré leur importance à l’alimentation mondiale, les systèmes agricoles à petite échelle, en tout particulier ceux qui supportent des communautés Indigènes, font face à de graves défis d’ordre socioéconomique de même qu’environnemental et climatique.Dans ce contexte, l’utilisation des outils de modélisation informatique pourrait contribuer à une meilleure gestion de ces systèmes socioenvironnementaux complexes tout en favorisant le développement de politiques durables qui prennent en compte les relations réciproques entre environnement, société et économie qui caractérisent le fonctionnement de ces systèmes. Cependant, et malgré l’application fréquente des modèles participatifs envers les systèmes socioenvironnementaux (tel que la sociohydrologie) de même qu’à l’analyse des systèmes agricoles à grande échelle, plusieurs barrières s’opposent à l’application de la modélisation informatique à l’évaluation et à la conceptualisation des systèmes agricoles à petite échelle.Du côté socioéconomique, la complexité des interactions entre variables sociales, économiques et environnementales génère fréquemment des comportements et des réponses contre-intuitives de la part des systèmes agricoles. La modélisation des dynamiques des systèmes est une approche prometteuse envers la simulation participative de ces systèmes; toutefois, le manque de données temporelles des variables clefs de la majorité des systèmes agricoles à petite échelle, de même que la difficulté associée à la représentation des processus biophysiques complexes (tels les changements climatiques ou la croissance des cultures) dans un environnement des dynamiques des systèmes compliquent l’application de cette méthodologie à l’analyse des systèmes agricoles à petite échelle.Du côté écologique et environnemental, ces systèmes incluent une grande diversité de réseaux trophiques agroécologiques qui déterminent les pressions des ravageurs et influencent de manière importante les rendements finaux. Cependant, aucun cadre méthodologique uniformisé n’existe pour la modélisation des dynamiques des populations des réseaux trophiques agroécologiques.La présente thèse propose des nouvelles méthodes et outils informatiques dans le but de contribuer à combler ces lacunes. Du côté socioéconomique, elle propose des méthodes participatives axées sur les dynamiques des systèmes pour évaluer la durabilité environnementale et socioéconomique des systèmes agricoles à petite échelle, dans le contexte de la comparaison de deux systèmes agricoles à petite échelle et Indigènes au Guatemala (l’un orienté vers le marché commercial, l’autre vers l’autosuffisance). Les nouvelles méthodes proposées incluent 1) le développement d’une méthodologie de calibration et validation spatiale axée sur l’inférence hiérarchique bayésienne qui permet la calibration des modèles des dynamiques des systèmes lorsque les données temporelles se font rares, de même que 2) le développement d’un outil informatique générique qui facilite le couplage des modèles des dynamiques des systèmes socioéconomiques aux modèles physiques externes, tel un modèle des cultures. Les résultats de l’application de cette méthodologie au Guatemala indiquent que la méthodologie participative des dynamiques des systèmes décèle bien les variables et relations clefs de ces systèmes socioéconomiques et environnementaux, et que le couplage des modèles génère des prévisions plus précises et réalistes qu’auraient été possibles dans l’absence du modèle physique externe. Du côté agroécologique, la thèse présente 3) une meilleure fondation théorique pour la modélisation de la prédation au sein des réseaux trophiques et 4) un cadre méthodologique et un outil informatique générique pour la modélisation des dynamiques populationnelles des réseaux trophiques agroécologiques. Les résultats présentent la première évidence théorique, axée sur la modélisation calibrée, des dynamiques écologiques responsables de la résurgence des ravageurs dans les systèmes sous contrôle chimique et font démonstration de l’utilité de la gestion intégrée des ravageurs axée sur la modélisation prédictive.Les résultats de cette thèse seront utiles lors de la planification des projets de développement agricole auprès des communautés agricoles à petite échelle, en tout particulier dans le contexte des régions Indigènes.; உலகெங்கிலும் உள்ள உணவு மற்றும் வேளாண் அமைப்புகளுக்கு, சிறு-குறு விவசாயம் முக்கியமானதாகும். இந்த விவசாய அமைப்புகள், குறிப்பாக பழங்குடி சமூகங்களின் பொருளாதாரம் மற்றும் ஊட்டச்சத்திற்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பை அளிக்கிறது. இருப்பின சிறு-குறு விவசாய முறைகள் என்றும் சிக்கலானவை. அத்துடன் வேளாண் அறிவியல் மற்றும் சமூக பொருளாதார ரீதியாக மாறுபட்டவை. இந்த கட்டமைப்பின் பன்முகத்தன்மைதான் வேளாண் அமைப்புகளின் நீண்டகால செயல்பாட்டையும், நிலைத்தன்மையையும் வலுவாக பாதிக்கிறது. மேலும் அவ்வமைப்புகளைச் சார்ந்து இருக்கும் சமூக நல்வாழ்வின் பின்தகு நிலைக்குக் காரணமாகவும் அமைகிறது. உலக ஊட்டச்சத்துக்குச் சிறு தொழில் வேளாண் அமைப்புகளின் முக்கியத்துவம் அதிகம் இருந்தாலும், இவ்வமைப்புகள் (குறிப்பாக பழங்குடியைச் சார்ந்தவை) தற்போது சமூக பொருளாதாரம், சுற்றுச்சூழல் மற்றும் வானிலை சார்ந்த சவால்களை அதிகம் எதிர்கொள்கின்றது. இந்த சூழலில், சிக்கலான சமூக சுற்றுசூழல் அமைப்புகளின் பொருத்தமான மேலாண்மைக்காக கணினி உருவகப்படுத்துதல் கருவிகள் உபயோகமாக இருக்கும். இந்த வகையான கருவிகளால் சுற்றுச்சூழலுக்கும், சமூகத்திற்கும் பொருளாதாரத்திற்கும் இடையில் உள்ள பரஸ்பர உறவுகளை எல்லாம் கணக்கில் எடுத்து நிலையான கொள்கைகள் உருவாக்கப்படும். சமூக நீரியல் போன்ற சமூக சுற்றுச்சூழல் புலங்களிலும், பெரிய அளவிலான வேளாண்மை புலத்திலும் பங்கேற்பு உருவகப்படுத்துதல் அடிக்கடி உபயோகப்படும் என்றாலும் , சிறிய அளவிலான வேளாண்மையின் விஷயத்தில் கணினி உருவகப்படுத்துதலின் வெற்றிகரமான உபயோகத்திற்குச் சில தடைகள் உள்ளன. சமூக பொருளாதார பகுதியில், வேளாண் அமைப்புகளைச் சார்ந்த சமூக, பொருளாதார மற்றும் சுற்றுச்சூழல் மாறிகளுக்கு இடையிலான தொடர்பினால் ஏற்படும் சிக்கலானது எதிர்பாராத நடத்தைகளை உருவாக்கும். இந்த சூழலில் அமைப்பு இயக்கவியல் மாதிரியமைத்தல் என்பது இந்த அமைப்புகளின் பங்கேற்பு முறை உருவகப்படுத்துதலுக்காக ஒரு உபயோகமான முறை ஆகும். ஆயினும், இந்த அமைப்புகளின் முக்கியமான மாறிகளுக்குச் சம்பந்தமாக கிடைக்கும் தரவுகளின் குறைவும், அதற்கு மேல் வானிலை மாற்றம், பயிர் வளர்ச்சி போன்ற சிக்கலான உயிர் இயற்பியல் செயல்முறைகளும், அமைப்பு இயக்கவியல் சூழலில் உருவகப்படுத்துதலுக்குத் தொடர்புடைய சிரமமும், சிறிய அளவிலான விவசாயப் புலத்தில் இந்த செய்முறையின் உபயோகத்திற்கு முக்கியமான தொழில்நுட்ப தடைகள் ஆகும். சுற்றுச்சூழல் சார்பில், விவசாய அமைப்புகளைச் சார்ந்த வேளாண் உணவு வலைகள், பூச்சிகளின் தாக்கத்தைக் குறைத்து இறுதி விளைச்சலை உயர்த்தி, தன் பரந்த பன்முகத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன. இருப்பினும், வேளாண் சூழல் உணவு வலைகளின் மக்கள் தொகை இயக்கவியல்களை, உருவகப்படுத்தும் செயல்முறை இன்றுவரை உருவாக்கப்படவில்லை. இந்த ஆய்வறிக்கையால் மேல்கண்ட கேள்விகளுக்கு பதில் கொடுக்கும் புதுமையான முறைகளும், கணினி கருவிகளும் முன்மொழியப்படுகின்றன. சமூக பொருளியல் புலத்தில், சிறிய அளவிலான வேளாண்மை அமைப்புகளின் பேண்தகுநிலையை சோதிக்கும் அமைப்பு இயக்கவியலுடன் சார்ந்து பங்கேற்பு செய்யும் முறைகளை முன்மொழியப்படுகின்றன. இந்த ஆராய்ச்சி குவாத்தமாலாவில் உள்ள இரண்டு வெவ்வேறு பழங்குடி குறுநில வேளாண் அமைப்புகளை ஒப்பிடுகிறது. ஓர் அமைப்பு வணிக வேளாண்மை உற்பத்தி செய்தாலும், இரண்டாவது அமைப்பு முன்னுரிமையில் தன்நிறைவு உற்பத்தி செய்கிறது. இந்த ஆய்வறிக்கையால் முன்மொழியப்பட்டப் புதுமையான முறைகளால் கீழ்கண்ட கண்டுபிடிப்புகள் பங்களிப்படுகின்றன. ௧) குறைந்த கால அளவு தரவுகளுக்குப் பொருத்தமான இடஞ்சார்ந்த அளவுத்திருத்தத்திற்கும் சரிபார்த்தலுக்கும் படிநிலை பேயசின் அனுமானம் சார்ந்து செய்முறைகள் முன்மொழியப்படுகின்றன. ௨) பயிர் வளர்ச்சி போன்ற வெளிப்புற இயற்பியல் மாதிரிகளையும் சமூக பொருளாதார அமைப்பு இயக்கவியல் மாதிரிகளையும் இணைக்கும் ஒரு பொதுவான கணினி மென்பொருள் கருவி உருவாக்கப்பட்டது. இந்த கருவியை குவாத்தமாலாவில் உபயோகிக்கும் பொழுது, அமைப்பு இயக்கவியல் பங்கேற்பு முறைகளால் சமூக பொருளாதார மற்றும் சுற்றுசூழல் அமைப்புகளின் முக்கியமான மாறிகளும் உறவுகளும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. மேலும், தனிப்பட்ட அமைப்பு இயக்கவியல் மாதிரியால் கூடியதை விட யதார்த்தமாகவும் துல்லியமாகவும் முன்னறிவிப்புகள் இணைக்கப்பட்ட மாதிரிகள் கிடைக்கின்றன. வேளாண் சுற்றுச்சூழல் புலத்தில், இந்த ஆய்வறிக்கை ௩) ஒரு சிறந்த தத்துவார்த்தத்தை முன்வைக்கும், உணவு வலைகளில் வேட்டையாடலை மாதிரியாக்குவதற்கான அடித்தளம் மற்றும், ௪) ஒரு முறைசார் கட்டமைப்பு மற்றும் வேளாண் உணவு வலைகளின் மக்கள் தொகை இயக்கவியல் மாதிரிகளை உருவாக்குவதற்கான பொதுவான மென்பொருள் கருவிகளும் வடிவமைக்கப்படுகின்றன. இந்த ஆய்வறிக்கையின் முடிவுகளால் முதல் முறையாக இரசாயன கட்டுப்பாட்டுக்கு கீழே உள்ள வேளாண் வயல்களில் தீமை செய்யும் பூச்சிகளின் மீட்டெழுச்சிக்கு மூல காரணமான சுற்றுசூழல் இயக்கவியல்களும், முன்கணிப்பு மாதிரியமைத்தல் மூலமாக ஒருங்கிணைந்த தீங்கு செய்யும் பூச்சி கட்டுபடுத்தும் மேலாண்மையையும் வழிவகுக்கின்றன. இந்த ஆய்வறிக்கையின் முடிவுகள் வேளாண் மேம்பாட்டுத் திட்டங்களின் வடிவமைப்பிற்குப் பயனுள்ளதாக இருக்கும், குறுநில வேளாண் சமூகங்களில், குறிப்பாக, பழங்குடியின் பகுதிகளுக்கு உபயோகமாக இருக்கும். |
