A new version of this entry is available:
Loading...
Doctoral Thesis
2011
Economic analysis on the agro-environmental impacts of management and policy measures in the North China Plain
Economic analysis on the agro-environmental impacts of management and policy measures in the North China Plain
Abstract (English)
The increased use of agricultural inputs like fertilizers and pesticides led to wide-spread negative environmental impacts of agriculture in the North China Plain (NCP). The context of this research is that, due to continued growth of the population and the economy, the demand for agricultural products in China is gradually rising. However resources like land and water are scarce in China. Therefore new strategies need to be developed which do not put additional strains on the environment but meet the expected demand. The NCP is regarded as China?s most important agricultural region. This work aims at describing and discussing the environmental effects of agriculture in the NCP. The extent of these environmental impacts is presented. An essential part of this work is the in-depth description and analysis of the current cropping systems and farming practices, which is based on the findings a household survey. The central hypothesis of this work is that a change of the management systems is able to meet the production goals, to achieve a higher input-output efficiency and to reduce negative environmental impacts. Embedded in the objectives of this work, the main goals are the description of current agricultural practices and related negative environmental impacts, the definition of agro-environmental management and policy measures, impact analysis of management and policy measures and the development of suggestions for further research.
The second chapter aims at introducing the background of this research, i.e. the environmental impacts of agriculture. Hereby the focus lies on the introduction of relevant and characteristic farming practices and on the related institutional setting. Then the processes of data acquisition and data handling for this work are described. The descriptive analysis presents the findings from a survey in July 2008; it aims at describing the characteristics of the surveyed farm households. Chapter 5 describes the methodologies which are applied for the analysis in this work. The first part describes the methodology of Linear Programming and its selection process. The second part explains the selection process for the integrated households. The last part describes the processes of environmental assessment by means of selected indicators. In chapter 6 the model is applied to simulate and analyze the selected households in changing scenarios. Each Scenario is described individually. Then the simulation results are presented and discussed. In chapter 7 possible strategies to reduce environmental impacts of farming in the NCP ? considering the objectives of this work: sustainability and food security ? are discussed. The discussion focuses on the two main problems in the research area: fertilization and water.
The analysis showed that current farming practices in the research area are not sustainable and can, thus, threaten future food security in China. The dilemma of the research area is that intensive agricultural production cannot be reduced because high yields are needed to feed the growing demand from a (economically) growing population. Simultaneously high resource consumption and pollution from farming cannot continue as that could eventually result in irreversible damage to agriculture in the NCP and also threatens livelihoods. Finally strategic policy recommendations, characteristics of improved management practices and recommendations for further research are presented. These recommendations can play an important role in decision guiding for policy makers. After reviewing other studies in the NCP, it has to be concluded that this work represents one of the most comprehensive analysis of the agricultural practices in the Hebei province.
It was demonstrated that management practices for maize and wheat exist which can result in higher input-output efficiency and which are economically more profitable ? especially production options which include intercropping of other crops or demand-driven fertilization and irrigation. The hypothesis was tested to be valid. The simulation of optimization options showed that economically more profitable production options exist. These optimized production options are characterized by a more efficient factor input (mainly water and fertilization) and resulting decreased environmental impacts. The policy of a premium for reduced water use resulted in the highest simulated increases of total contribution margins with simultaneously reduced negative environmental impacts. However the simulation also revealed that, in order to ensure food security, incentives for producing wheat should be provided as it is the economically least profitable main crop, but it has important functions for own consumption. The simulation also revealed that policies aimed at increasing output prices of the main crops (in combination with optimized production options) can result in total higher contribution margins and decreased negative environmental impacts and higher resource use efficiency. It should be noted that the optimum results did not integrate production options which the surveyed farmers are currently applying ? this indicates that current practices are not efficient.
Many studies state that knowledge transfer systems and extension services in the NCP are deficient. The survey showed that the majority of the households did not have contact with the extension services, and, moreover, most of the households never received agricultural training. A knowledge transfer program can be an efficient tool to reduce environmental impacts of farming in the NCP. In addition specific recommendations and systems under considerations of socio-economic approaches have to be developed to improve knowledge transfer and services to farmers in the NCP. Appropriate decision support systems for efficient land use in the research area have to be developed.
This study showed that laws and regulations regarding environmental impacts exist, but they are not reliably enforced. Many studies state that the current institutional framework for water management is inadequate and that it, thus, represents one of the causes for the overexploitation of water resources. Therefore the responsibilities should be clearly defined in order to be able to create incentives for saving water and to increase efficiencies. Furthermore, farmers? water rights are not secure and transparent. Therefore plans, based on scientific estimations for water supply and demand, are needed to clearly define and enforce water use rights. Besides clearly defined and enforced water use rights, also longer, enforced and secure land-use rights might facilitate the adoption of sustainable farming practices. Also the institutional set-up complicates the implementation of policies. Therefore institutional change with coordinated efforts is needed. Decentralized and regionalized administrations might increase the effectiveness of policies. In addition the institutional framework has to be updated to the specific requirements in the NCP. One of the main reasons for problems related to water management is that it represents a mostly unregulated resource in the NCP.
The survey showed that fertilizer use is strongly varying, overuse and undersupply occur in the research area. The strongly varying and inadequate fertilizer applications endanger the sustainability of the agricultural systems in the NCP. Furthermore the organic matter contents in the soils are too low. The survey also revealed that the farmers in the research area are not informed about the quality of their soils. Integrated into knowledge transfer programs, providing opportunities for soil analysis to the local farmers could result in fertilization practices which are based on the nutrient contents of the soil and, thus, are more efficient.
Structural development projects in the Chinese rural areas need to be continued, especially in the research are, to avoid a rural exodus. The living conditions in the rural areas ? in terms of income, education and health services ? are still not comparable with the conditions in urban areas. Chinese policy has to focus on stopping the further decline of the ground water tables. Furthermore a conscious water use and environmental awareness for all stakeholders has to be created in order to avoid that pollution or resource scarcity and misuse will further reduce agricultural production in the NCP. The social costs of further decreased agricultural production in the NCP would be unbearable.
Abstract (German)
Der erhöhte Einsatz von landwirtschaftlichen Betriebsstoffen (wie z.B. Düngemittel und Pestizide) hat zu weit verbreiteten negativen Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der Nordchinesischen Tiefebene (NCP) geführt. Der Kontext dieser Arbeit ist der fortschreitende Anstieg der Nachfrage nach Agrarprodukten aufgrund des kontinuierlichen Wachstums der Chinesischen Wirtschaft und Bevölkerung. Ressourcen wie Land und Wasser sind jedoch knapp in China. Daher müssen neue Strategien entwickelt werden, welche keine weiteren Belastungen für die Umwelt darstellen, aber den erwarteten Bedarf decken. Die NCP wird als wichtigste Agrarregion Chinas angesehen. Diese Arbeit analysiert und beschreibt die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der NCP. Der Umfang dieser Umweltauswirkungen wird vorgestellt. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit ist die gründliche Beschreibung und Analyse der derzeitigen Anbausysteme und Bewirtschaftungsmethoden, welche sich auf die Ergebnisse einer Haushaltsbefragung stützen. Die zentrale Hypothese dieser Arbeit ist, dass eine Veränderung der Managementsysteme die Produktionsziele erfüllen kann, die input-output Effizienz erhöhen und die negativen Umweltauswirkungen verringern kann. In diesem Kontext lauten die Ziele der Arbeit: die Darstellung der derzeitigen Bewirtschaftungsmethoden und der zugehörigen Umweltauswirkungen, die Definition von Agrar- und Umweltbewirtschaftungs- und Politikmaßnahmen, die Analyse der Auswirkungen von Bewirtschaftungs- und Politikmaßnahmen und die Entwicklung von Vorschlägen für weitere Forschung.
Das zweite Kapitel stellt die Hintergründe dieser Arbeit vor, d.h. im speziellen die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft. Hierbei liegt der Fokus auf der Beschreibung der relevanten und charakteristischen Bewirtschaftungsmethoden, sowie dem institutionellen Rahmen. Dann werden die Prozesse der Datenbeschaffung und der Datenhandhabung dargestellt. Die beschreibende Analyse stellt die Ergebnisse der Haushaltsuntersuchung vom Juli 2008 vor; die Kenndaten der untersuchten Haushalte werden in diesem Kapitel beschrieben. Kapitel 5 erklärt die Analysemethoden dieser Arbeit. Zuerst werden die Auswahlprozesse und die Methoden der linearen Programmierung erklärt. Der zweite Teil stellt den Auswahlprozess für die Haushalte dar. Der letzte Teil erklärt die Umweltbewertung anhand von ausgewählten Umweltindikatoren. Im 6. Kapitel wird das Model angewandt, um die ausgewählten Haushalte in verschiedenen Szenarien zu simulieren und zu analysieren. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Simulation beschrieben und analysiert. In Kapitel 7 werden ? unter Berücksichtigung der Zielsetzung dieser Arbeit ? die möglichen Strategien, um die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der NCP zu reduzieren, diskutiert. Diese Diskussion konzentriert sich auf die beiden Hauptprobleme der Forschungsregion: Düngung und Bewässerung. Im letzten Teil dieser Arbeit werden strategische Politikempfehlungen, die Charakteristika von verbesserten Bewirtschaftungsmaßnahmen und Vorschläge für weitere Forschung vorgestellt. Diese Empfehlungen können bei der Entscheidungsfindung von politischen Entscheidungsträgern eine wichtige Rolle spielen.
Die Analyse hat gezeigt, dass die derzeitigen Anbausysteme in der Forschungsregion nicht nachhaltig sind und daher die zukünftige Ernährungssicherung in China bedrohen können. Das Dilemma der Forschungsregion ist, dass die intensive landwirtschaftliche Produktion nicht verringert werden kann, da hohe Erträge benötigt werden, um die (ökonomisch) wachsende Chinesische Bevölkerung zu ernähren. Gleichzeitig können der hohe Ressourcenverbrauch und die Umweltverschmutzung der Landwirtschaft nicht fortgeführt werden, da dies letztendlich zu irreversiblen Schäden in der Landwirtschaft in der NCP führen könnte, die dann die Existenzgrundlagen bedrohen. Nach der Revision von anderen Studien in der NCP wurde festgestellt, dass diese Arbeit eine der umfangreichsten Analysen der landwirtschaftlichen Praxis in der Hebei Provinz darstellt.
Es konnte gezeigt werden, dass Bewirtschaftungsmaßnahmen für Mais und Weizen existieren, welche zu einer verbesserten input-output Effizienz führen und ökonomisch profitabler sind ? speziell Maßnahmen mit Zwischenfruchtanbau oder bedarfsorientierter Düngung und Bewässerung. Die Gültigkeit der Hypothese konnte also bewiesen werden. Die Simulation von Optimierungsoptionen hat gezeigt, dass Anbaumaßnahmen existieren, welche ökonomisch profitabler sind. Diese optimierten Anbaumethoden sind durch einen effizienteren Faktoreneinsatz (hauptsächlich Wasser und Düngung) und resultierende geringere Umweltauswirkungen charakterisiert. Die Politikmaßnahme der Prämienzahlung für reduzierten Wasserverbrauch hat zu den höchsten simulierten Gesamtdeckungsbeiträgen und gleichzeitigen reduzierten Umwelteinflüssen geführt. Die Simulation hat auch gezeigt, dass Anreize für die Produktion von Weizen geschaffen werden sollten, da Weizen ökonomisch die am wenigsten profitable Hauptfrucht ist aber eine wichtige Rolle für den Eigenverbrauch in der NCP spielt. Die Simulation hat auch gezeigt, dass Politikmaßnahmen welche auf höhere Marktpreise für die Hauptfrüchte zielen (in Verbindung mit optimierten Anbaumaßnahmen) zu erhöhten Gesamtdeckungsbeiträgen, verminderten Umweltauswirkungen sowie verbesserter Ressourcennutzungseffizienz führen können. Es sollte noch angemerkt werden, dass in den optimierten Ergebnissen keine Anbausysteme die momentan von den Haushalten angewendet werden integriert sind. Dies deutet darauf hin, dass die momentanen Anbaustrategien nicht effizient sind.
Viele Studien sind der Auffassung, dass Wissenstransfersysteme und staatlich Beratungssysteme in der NCP unzulänglich sind. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Mehrheit der Haushalte keinen Kontakt zu Beratungsinstitutionen hatte und darüber hinaus die meisten Haushalte auch keinerlei landwirtschaftliche Ausbildung erhalten haben. Ein Wissenstransferprogramm kann daher ein effizientes Instrument darstellen, um die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der NCP zu reduzieren. Darüber hinaus müssen spezifische Empfehlungen und Systeme ? unter Berücksichtigung von Sozio-ökonomischen Ansätzen ? entwickelt werden, um den Wissenstransfer und die Dienste für die Landwirte in der NCP zu verbessern. Adäquate Entscheidungshilfesysteme für effiziente Landnutzung in der Forschungsregion müssen entwickelt werden.
Diese Untersuchung hat gezeigt, dass zwar Gesetze und Regulierungen für die Umwelteinflüsse existieren, diese aber nicht verlässlich durchgesetzt werden. Viele Studien sehen den derzeitigen institutionellen Rahmen für das Wassermanagement als nicht adäquat an und sehen in ihm einen der Gründe für die Übernutzung der Wasserressourcen. Daher sollten die Verantwortlichkeiten klar aufgeteilt werden, um Anreize zum Wassersparen bieten zu können und um die Effizienz zu erhöhen. Darüber hinaus sind auch die Rechte der Landwirte hinsichtlich Wasser nicht sicher und transparent. Basierend auf wissenschaftlichen Einschätzungen für den Wasserverbrauch und das Wasservorkommen werden Pläne benötigt, um Wasserrechte eindeutig zu definieren und durchzusetzen. Neben definierten und durchgesetzten Wasserrechten könnten auch längerfristige, durchgesetzte und sichere Landrechte die Adoption von nachhaltigen Bewirtschaftungsmethoden erleichtern. Auch der institutionelle Aufbau verkompliziert die Durchführung von Politikmaßnahmen. Daher ist institutioneller Wandel mit koordinierten Anstrengungen notwendig. Dezentralisierte und regionalisierte Verwaltungen können die Effektivität von Politikmaßnahmen erhöhen. Zusätzlich muss der institutionelle Aufbau den spezifischen Gegebenheiten der NCP angepasst werden. Eines der Hauptprobleme bezüglich des Wassermanagements ist, dass Wasser eine größtenteils unkontrollierte Ressource in der NCP darstellt.
Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Düngeranwendung stark variiert; Über- und Unterdosierung treten in der Forschungsregion auf. Stark variierende und inadäquate Düngeranwendung gefährden die Nachhaltigkeit der landwirtschaftleichen Systeme in der NCP. Des Weiteren ist der Gehalt an organischer Substanz im Boden zu gering. Die Umfrage hat gezeigt, dass die Landwirte in der Forschungsregion nicht über die Qualität ihrer Böden informiert sind. Integriert in Wissenstransferprogramme, dass zur Verfügung stellen von Möglichkeiten für die Analyse von Böden könnte zu Düngeranwendungen führen, welche auf dem Nährstoffgehalt der Böden basieren und daher effizienter sind.
Strukturelle Entwicklungsprojekte in den ländlichen Regionen Chinas müssen fortgeführt werden, um weitere starke Landflucht zu vermeiden ? speziell in der Forschungsregion. Die Lebensbedingungen in den ländlichen Gegenden, hinsichtlich Einkommen, Bildungs- und Gesundheitsdiensten, sind immer noch nicht vergleichbar mit den urbanen Gebieten. Die Chinesische Politik muss sich auf die Beendigung des weiteren Absinkens des Grundwasserniveaus konzentrieren. Des Weiteren müssen eine sparsamere Wassernutzung und ein Umweltbewusstsein für alle Beteiligten geschaffen werden, um zu verhindern, dass Verschmutzung, Ressourcenmangel und ?fehlgebrauch die landwirtschaftliche Produktion in der NCP weiter reduzieren. Die sozialen Kosten der weiteren Verringerung der landwirtschaftlichen Produktion in der NCP wären nicht tragbar.
File is subject to an embargo until
This is a correction to:
A correction to this entry is available:
This is a new version of:
Notes
Publication license
Publication series
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Farm Management
Examination date
2010-12-19
Supervisor
Edition / version
Citation
Identification
DOI
ISSN
ISBN
Language
English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Original object
Standardized keywords (GND)
BibTeX
@phdthesis{Kühl2011,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5457},
author = {Kühl, Yannick},
title = {Economic analysis on the agro-environmental impacts of management and policy measures in the North China Plain},
year = {2011},
school = {Universität Hohenheim},
}