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Poppenborg, Patrick:
The Impact of Socio-Economic Land Use Decisions on the Provision of Ecosystem Services.
Bayreuth
,
2014
. - XVII, 100 S.
(
Dissertation,
2014
, Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)
Volltext
Abstract
Das Konzept der Ökosystemdienstleistungen (ÖSL) zielt auf einen Paradigmenwechsel im Agrarökosystemmanagement ab, der die Sicht auf die Beziehung zwischen menschlichem Wohlergehen und Ökosystemen erweitern soll. Das Konzept basiert auf der Idee, Ökosysteme für alle nutzenstiftenden Prozesse und Funktionen wertzuschätzen, die zur Steigerung des menschlichen Wohlergehens beitragen. Diese Dienstleistungen können materieller wie immaterieller Natur sein, während ihr Beitrag zum Wohlergehen aus monetärem wie nicht-monetärem Nutzen erwachsen kann. Während das Konzept als geeignetes Politikinstrument angesehen wird, der anhaltenden Zerstörung von Ökosystemen zu begegnen, stellt die Idee in der Praxis eine große Herausforderung dar. Der zentrale Forschungsbedarf in diesem Zusammenhang besteht aus einem Mangel an Mechanismen, den multiskalierten Nutzen von ÖSL zu messen und seiner Bedeutung in Entscheidungsprozessen zuzuordnen. Des Weiteren erfordert der ganzheitliche Ansatz multidisziplinäre Untersuchungen komplexer Mensch-Umwelt Interaktionen. Dies verursacht ein hohes Maß an Unsicherheit, was eine deterministische Modellierung der Auswirkungen von Managemententscheidungen auf ÖSL erschwert.
Im Laufe dreier Artikel zielt die hier vorgelegte Arbeit darauf ab, den Einfluss des Nutzens von ÖSL auf die Entscheidungen von Bauern bei der Feldfruchtauswahl zu analysieren und die Auswirkung dieser auf die Erbringung von ÖSL zu modellieren. Die Arbeit bezieht sich auf das Wassereinzugsgebiet Haean, Süd-Korea, wo die Landwirtschaft starke Wasserverunreinigungen verursacht. Im ersten Artikel wird die Entscheidung zwischen dem Anbau von Reis, einjährigen Pflanzen und mehrjährigen Pflanzen, sowie zwischen organischem und konventionellem Anbau anhand sozio-psychologischer Fragebögen analysiert, welche mehrere verhaltens- und strukturbedingte Eigenschaften abfragen. Dem “theory of planned behaviour” Ansatz folgend beziehen sich diese Eigenschaften unter anderem auf den erwarteten Nutzen aus den ÖSL Produktion marktfähiger Biomasse, Bodenerosionsverringerung, Wasserqualitätsverbesserung und Erhalt der Pflanzen- und Tierwelt. Im zweiten Artikel wird ein Bayes’sches Netz benutzt, um Entscheidungen als Funktion des erwarteten Nutzens aus ÖSL zu modellieren. Abschließend wird in Artikel 3 das Bayes’sche Netz mit biophysikalischen Daten erweitert, so dass es eine Modellierung des Einflusses der Managemententscheidungen auf ÖSL erlaubt.
Die Ergebnisse aus Artikel 1 zeigten, dass die Entscheidung für ganzjährige Pflanzen durch höhere Nutzenerwartungen an die ÖSL Biomasseproduktion, Bodenerosionsverringerung und Wasserqualitätsverbesserung untermauert war. Gleichzeitig wurde ihr Anbau als stärker durch benötigte Fertigkeiten und finanzielle Mittel eingeschränkt empfunden. Organischer Anbau wurde nicht durch erwarteten Nutzen von ÖSL beeinflusst, wurde jedoch als finanziell einschränkender empfunden. Mit Hilfe dieser Informationen konnte das Bayes’sche Netz in Artikel 2 die Entscheidung für mehrjährige Pflanzen präzise voraussagen. Weniger genau waren die Voraussagen für Reis und einjährige Pflanzen. Dies konnte durch die zusätzliche Berücksichtigung von Hangneigungsinformation in Artikel 3 behoben werden, was eine gute Klassifizierung aller Feldfrüchte zur Folge hatte. Darüber hinaus zeigte die Modellierung der Auswirkung von Landnutzungsentscheidungen, dass mehrjährige Pflanzen die Wasserqualität verbessern und Bodenerosion verringern, während organischer Landbau die Wasserqualität verbessert, aber auch mit einer geringeren Biomasseproduktion verbunden ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse auf eine zentrale Rolle finanzieller Motive bei landwirtschaftlichen Entscheidungen in Haean hinweisen. Aus diesem Grund sollten Politikprogramme vornehmlich auf die Schaffung monetärer Anreize abzielen. Des Weiteren scheint die Einführung mehrjähriger Pflanzen und organischen Landbaus ein geeignetes Mittel, um die wasserbezogenen Probleme abzumildern, auch wenn letztere Maßnahme mit einer Verringerung der Biomasseproduktion einhergeht. Die angewandten Methoden zeigen, dass sozio-psychologische Messungen die Bedeutung des multiskalierten Nutzens von ÖSL in landwirtschaftlichen Entscheidungen identifizieren können. Dies liefert entscheidende Informationen, um das Konzept der ÖSL erfolgreich in Politikmaßnahmen einzubauen. Bayes’sche Netze haben sich als angemessen erwiesen, die Modellierung sozio-psychologisch untersuchter Landnutzungen mit der Modellierung biophysikalisch erbrachter ÖSL zu vereinen. Diese Eigenschaft stellt eine unabdingbare Voraussetzung dar, um das Konzept der ÖSL auf eine praktische Art und Weise zu operationalisieren, welche dem ganzheitlichen Ansatz des Konzeptes gerecht wird.
Abstract in weiterer Sprache
The concept of ecosystem services (ESS) is aimed at a paradigm shift in ecosystem management by expanding the traditional view of the relationship between human well-being and ecosystems. Thus, it is based on the idea that ecosystems should be appreciated for the entirety of beneficial processes and functions that contribute to human well-being. These services can be provided in both tangible as well as intangible form, while their contribution to well-being might accrue from monetary and non-monetary benefits alike. The concept has received growing academic attention, and is regarded as a powerful policy instrument to meet the ongoing deterioration of Earth’s ecosystems. Yet, the idea creates considerable challenges in terms of practical implementation in ecosystem management. In this context, the key research gap is a lack of appropriate mechanisms to measure the multiscale benefits of ESS and relate them to their role in environmental decision-making. Furthermore, the holistic nature of the concept requires multidisciplinary contributions about complex human-environment interactions, which results in high levels of uncertainty that hamper deterministic modelling of how management decisions influence ESS provision.
In the course of 3 papers, the presented thesis addresses these gaps by analyzing how benefits from ESS influence farmers’ decision-making about crop choice, and modelling how these land use decisions determine the provision of ESS from their agricultural plots. The study is implemented in Haean watershed, South Korea, where agricultural production causes severe water pollution due to high soil particle and nutrient exports. In the first paper, decisions to plant rice, annual crops, or perennial crops, as well as to implement organic or conventional farming are analyzed based on socio-psychological interviews examining several behavioural and structural features. Following the theory of planned behaviour, these features include farmers’ expected benefits from the ESS marketable biomass production, soil erosion reduction, water quality improvement, and plant and animal conservation. In the second paper, a Bayesian network is used to model farmers’ decision-making as a function of their expected benefits from ESS. Finally, in paper 3, the Bayesian network is expanded with biophysical data in order to model the influence of farmers’ management decisions on the provision of ESS.
The results from paper 1 showed that farmers’ decisions to plant perennial crops were underpinned by higher benefit expectations from the ESS biomass production, soil erosion reduction, and water quality improvement. At the same time, perennial crop farming was perceived as more restricted by required skills and knowledge, as well as by necessary financial means. Organic farming on the other hand, was not influenced by higher benefit expectations from ESS, but was perceived as more restricted by money availability. This information was used to model land use decisions as a function of expected benefits from ESS in paper 2. The Bayesian network yielded accurate results for predicting the choice of perennial crops, but less good classifications for rice and annual crops. This was remediated by adding slope steepness values to model land use decisions in paper 3, which resulted in good classification results for all crop types. Furthermore, modelling the provision of ESS showed that perennial crops are likely to increase water quality and reduce soil erosion, while organic farming increased water quality but also came along with reduced biomass production.
In conclusion, the results of this study show that the influential factors for farmers’ decision-making in Haean catchment mostly evolve around financial motives. Therefore, policy programs trying to influence their decision-making should preferably aim at creating monetary incentives. Furthermore, the introduction of perennial crops and organic farming seems capable of mitigating the water-related issues. The latter, however, is attended by trade-offs in form of reduced biomass production. The presented approach shows that socio-psychological measurements can be used to identify the role of multiscale benefits from ESS in agricultural management decisions, which can yield crucial information for incorporating the ESS concept into effective policy programs. Bayesian networks, on the other hand, are capable of coupling decision-making modelling based on socio-psychological data with ESS provision modelling based on biophysical data. Such a property represents an indispensable prerequisite if the concept of ESS is to be operationalised in a practical manner that stays true to the concept’s holistic nature.