In search of balance: Agricultural economic value and bird conservation in the Lleida plain

Abstract

Motivat pel desig d’establir les relacions existents entre el desenvolupament de l’economia i la capacitat del medi natural per coexistir amb aquest creixement, aquesta tesi es compon de tres capítols que intenten quantificar, a través de simulacions i en un escenari real, configuracions òptimes d’ús del sòl sota diverses suposicions i restriccions ambientals. Aquests capítols contenen una metodologia comuna en la qual hem obtingut dades sobre productivitats potencials espacialment heterogènies per a diversos cultius i nivells d’intensificació en l’àrea a través d’un simulador de creixement de cultius. A més, hem donat un valor econòmic a aquestes productivitats utilitzant dades de preus i costos. Finalment, hem utilitzat un algoritme per obtenir aquestes configuracions óptimes. Així, hem obtingut diferents resultats. En el capítol 2, avaluem les implicacions econòmiques de la conservació de la comunitat d’aus a través d’un problema d’optimització espacial multiobjectiu. El valor econòmic màxim de l’agricultura, en absència de restriccions de biodiversitat, s’estima en 135.1 milions d’euros, i en 90.7 millons quan es conserven totes les espècies. Investiguem més a fons com fluctua aquesta corba en funció de si les zones de limitació de regadiu existents es van triar de forma òptima o es van eliminar. A més, comparem l’efectivitat d’una política de conservació basada en enfocaments de triatge amb aquelles que tenen com a objectiu salvaguardar espècies específiques però significatives. Els nostres resultats revelen resultats interessants, com el fet que les aus estepàries especialistes no són ni les últimes a conservar-se ni les més cares. Un altre descobriment crític és l’existència d’un trade-off entre la conservació i el valor econòmic agrícola, però això només és aplicable a certes espècies. No obstant això, observem que hi ha un gran potencial de millora si els usos del sòl s’assignessin de forma òptima. En el capítol 3 examinem l’acceptació de les polítiques de conservació, tenint en compte la presència d’agricultors afectats, als quals utilitzem com a proxy del risc d’oposició. Per abordar aquest problema, introduïm una sèrie de mecanismes, incloent sistemes de transferències i subvencions tant homogènies com heterogènies, i avaluem la seva eficàcia. Ampliem els nostres resultats suposant que existeix informació incompleta per part del regulador i utilitzant diverses mesures alternatives del benestar social. Els resultats suggereixen que, quan els objectius de conservació són prou alts, les solucions òptimes necessiten la presència d’aquests mecanismes de compensació, cosa que potencialment complica la seva implementació. Demostrem que els acords entre agricultors o reguladors poden oferir una solució viable a aquest problema sense desincentivar l’activitat econòmica, com es mostra que ocorre amb els pagaments homogènies independents. Els pagaments heterogènies són molt més eficients i argumentem que fins i tot amb informació incompleta podrien ser preferits a un pagament homogeni. Finalment, en el capítol 4 ens centrem en l’impacte del canvi climàtic i dela biodiversitat en cultius representatius de l’àrea. Per fer-ho, tornem a utilitzar el simulador de creixement de cultius, introduint dades a partir de prediccions climàtiques a mitjà (2040-2070) i llarg termini (2070-2100) sota dos escenaris diferents d’emissions (RCP 4.5 i RCP 8.5). Amb això, el nostre objectiu és observar, sota diverses suposicions sobre la reacció dels agricultors al canvi climàtic, quines són les conseqüències econòmiques del canvi climàtic. Els nostres resultats indiquen que els escenaris amb altes emissions poden acabar a llarg termini amb pèrdues significatives, especialment si els agricultors no fan front seleccionant nous usos del sòl.

Motivado por el deseo de establecer las relaciones que existen entre el desarrollo de la economía y la capacidad del entorno natural para satisfacer y coexistir con este crecimiento, esta tesis se compone de tres capítulos que intentan cuantificar, a través de simulaciones y en un escenario real, configuraciones óptimas de uso del suelo bajo diversos supuestos y restricciones ambientales. Estos capítulos contienen una metodología común en la que hemos obtenido datos sobre productividades potenciales espacialmente heterogéneas para diversos cultivos y niveles de intensificación en el área a través de un simulador de crecimiento de cultivos. Además, hemos dado un valor económico a estas productividades utilizando datos de precios y costes. Finalmente, hemos utilizado un algoritmo para resolver estos problemas. Así, hemos obtenido diferentes resultados. En el capítulo 2, evaluamos las implicaciones económicas de la conservación de la comunidad de aves a través de un problema de optimización espacial multiobjetivo. El valor económico máximo de la agricultura, en ausencia de restricciones de biodiversidad, se estima en 135.1 millones de euros, y 90.7 millones cuando se conservan todas las especies. Investigamos más a fondo cómo fluctúa esta curva en función de si las zonas de limitación de riego existentes se eligieron o se eliminaron de forma óptima. Además, comparamos la efectividad de una política de conservación basada en enfoques de triaje con aquellas que tienen como objetivo salvaguardar especies específicas pero significativas. Nuestros resultados revelan resultados interesantes, como el hecho de que las especies esteparias especialistas no son las más costosas de conservar. Otro resultado crítico es la existencia de un compromiso entre la conservación y el desarrollo económico, pero esto solo es aplicable a ciertas especies. Sin embargo, observamos que existe un gran potencial de mejora si los usos del suelo se asignaran de forma óptima. En el capítulo 3 examinamos la aceptación de las políticas de conservación, teniendo en cuenta la presencia de agricultores afectados negativamente, a quienes utilizamos como proxy del riesgo de oposición. Para abordar este problema, introducimos una serie de mecanismos, incluyendo sistemas de transferencias y subsidios tanto homogéneos como heterogéneos, y evaluamos su eficacia. Ampliamos estos resultados presentando hallazgos adicionales sobre la suposición de información incompleta por parte del regulador y medidas alternativas del bienestar social. Nuestros resultados sugieren que, cuando los objetivos de conservación son suficientemente altos, las soluciones óptimas necesitan la presencia de estos mecanismos, lo que potencialmente complica su implementación. Demostramos que los acuerdos entre agricultores o reguladores pueden ofrecer una solución viable a este problema sin desincentivar la actividad económica, como se muestra que ocurre con los pagos homogéneos. Los pagos heterogéneos son mucho más eficientes y argumentamos que incluso con información incompleta podrían ser preferidos a un pago homogéneo. Por último, en el capítulo 4 nos centramos en el impacto del cambio climático y la biodiversidad en cultivos representativos del área. Para ello, volvemos a utilizar el simulador de crecimiento de cultivos, introduciendo datos a partir de predicciones climáticas a medio (2040-2070) y largo plazo (2070-2100) bajo dos escenarios diferentes de emisiones (RCP 4.5 y RCP 8.5). Con esto, nuestro objetivo es observar, bajo diversos supuestos sobre la reacción de los agricultores al cambio climático, cuáles son las consecuencias económicas del cambio en las variables climáticas. Nuestros hallazgos indican que los escenarios con altas emisiones pueden terminar a largo plazo con pérdidas significativas, especialmente si los agricultores no hacen frente seleccionando nuevos usos del suelo.

Motivated by the desire to establish the relationships that exist between the development of the economy and the capacity of the natural environment to satisfy and coexist with this growth, this thesis is composed of three chapters which common threat is to balance agricultural production and biodiversity conservation in a changing world. In these chapters, I try to quantify, through simulations and in a real scenario, optimal land use configurations under various assumptions and environmental constraints. These chapters contain a common base methodology by which we have obtained data on spatially heterogeneous potential productivities for various crops and levels of intensification in the area through a crop growth simulator. We have moreover given an economic value to these productivities using price and cost data. Finally, we have used an algorithm to solve these problems. We have thus obtained different results. In chapter 2, we evaluate the economic implications of bird community conservation through a multi-objective spatial optimization problem. The maximum economic value of agriculture, in the absence of biodiversity constraints, is estimated at 135.1 million euros, and 90.7 million euros when all species are preserved. We further investigate how this curve fluctuates based on whether the existing irrigation limitation zones were optimally chosen or removed. Moreover, we compare the effectiveness of a conservation policy grounded on triage approaches with those that aim to safeguard specific yet significant species. Our findings reveal intriguing outcomes, such as the fact that Steppe specialists are neither the last to be conserved nor the most expensive. Another critical discovery is the existence of a trade-off between conservation and economic development, but this is only applicable to certain species. However, we note that there is substantial potential for improvement if land uses were optimally allocated. In chapter 3 we examine the acceptance of conservation policies, taking into account the presence of negatively affected farmers, whom we use as a proxy for the risk of opposition. To address this issue, we introduce a range of mechanisms, including transfer systems and both homogeneous and heterogeneous subsidies, and assess their effectiveness. We expand upon these results by presenting additional findings on the assumption of incomplete information on the part of the regulator and alternative social welfare measures. Our results suggest that, when conservation objectives are sufficiently high, optimal solutions results in the existence of losers, potentially complicating their implementation. We demonstrate that agreements between farmers or regulators may offer a viable solution to this issue without disincentivizing economic activity, as is shown to occur with standalone homogeneous payments. Heterogeneous payments are much more efficient and we argue that even with incomplete information could be preferred to a homogeneous payment. Lastly, in chapter 4 we focus on the impact of climate change and biodiversity on representative crops in the area. To do this, we again use the crop growth simulator, introducing data from climate predictions in the medium (2040-2070) and long term (2070-2100) under two different emission scenarios (RCP 4.5 and 8.5). With this, our objective is to observe, under various assumptions of farmers' reaction to climate change, what the economic consequences of changes in climate variables are. Our findings indicate that high-emission scenarios can end up in the long term with significant losses, especially if farmers do not cope by selecting new land uses.