Optimizing inputs' use efficiency in agriculture: operational, energy and environmental dimensions

Abstract

The current PhD thesis aims to contribute to new methodological approaches concerning the optimization of inputs use efficiency, under the prism of sustainable development (economy, society, and environment) in the agricultural sector. For this reason, a brief introduction is provided, outlining the rationale on which the benchmarking of agricultural systems is imperative, based on the guidelines given at the global level by the United Nations (UN), while there is also a more specific description of Data Envelopment Analysis (DEA), which is also the methodology assessed in this thesis. Chapter 2 outlines the research questions that emerged from the analysis of 120 articles in the field of optimization in the agricultural sector. More specifically, there is a need: 1) to introduce social factors into the overall assessment process, so that decisions can be made that cover all 3 pillars of sustainable development, 2) to create farm specific databases that show a high degree of accuracy 3) to use more complex methodological approaches, such as those applied in other sectors of operational research. In Chapter 3, a combination of DEA with the multi-criteria decision-making method TOPSIS is applied, to derive results that also include the social dimension, focusing on the first literature gap. The research carried out concerned 107 cotton producers in Thessaly and Central Macedonia regions. Final results show that there is a well-established production protocol, while there are few producers that perform under a low degree of efficiency. Regarding the combination of DEA and TOPSIS, it seems to be particularly useful not only for the integration of social characteristics, but also for cases where it is difficult to have accurate field data. Chapter 4 refers to a case study where the inputs’ use efficiency of producers in Greece and Italy is studied through the network of GD.NET, a decision-making system for the cultivation of durum wheat, which has derived from the collaboration of HORTA and Barilla. In this case, differences resulting from the application of the Agricultural Decision Support System (ADSS) provided by GD.NET on a local and national level, were highlighted. More specifically, it seems that Italian farmers have a clear tendency to reduce their inputs, while Greek durum wheat producers do not apply the production protocol under the same consistency. Nevertheless, this chapter promotes the way of how modern agriculture should be applied, collecting and processing field data with the use of ADSS, aiming at increasing efficiency and mitigating negative environmental externalities. Chapter 5 presents the application of DEA using time series data of the agricultural sectors of the European Union members. The methodological interest of this research is focusing on the impact of appropriate window width selection, which corresponds to the time interval based on which the impact of technology change is considered as insignificant. In this case, the ideal window width appeared to be of 7 years, which corresponds to programming periods of the Common Agricultural Policy (CAP).In the last chapter, a summary of all chapters is being presented, as well as the challenges that accompany the application of DEA on a business and academic perspective, to comply with the general directions of the UN, to achieve sustainable development until the year 2050.

Η παρούσα πτυχιακή διατριβή έχει ως στόχο να συνεισφέρει σε νέες μεθοδολογικές προσεγγίσεις που αφορούν την αριστοποίηση χρήσης εισροών υπό το πρίσμα της βιώσιμης ανάπτυξης (οικονομία, κοινωνία, περιβάλλον) στον κλάδο της γεωργίας. Για το λόγο αυτό, παρατίθεται μια σύντομη εισαγωγή που καθορίζει τη συλλογιστική πορεία με βάση την οποία η συγκριτική αξιολόγηση αγροτικών συστημάτων είναι επιβεβλημένη, λαμβάνοντας υπόψιν τις οδηγίες που έχουν δοθεί σε παγκόσμιο επίπεδο από τον Οργανισμό των Ηνωμένων Εθνών, ενώ υπάρχει και μια ειδικότερη περιγραφή για τη μέθοδο της Data Envelopment Analysis (DEA), που είναι και η βασική μεθοδολογία που διερευνάται στην παρούσα διατριβή. Στο Κεφάλαιο 2 καταγράφονται τα ερευνητικά ερωτήματα που προέκυψαν από την ανάλυση 120 άρθρων στον τομέα της αριστοποίησης χρήσης εισροών στον κλάδο της γεωργίας. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχει αναγκαιότητα για: 1) την εισαγωγή κοινωνικών παραγόντων στη συνολική διαδικασία αξιολόγησης ώστε να λαμβάνονται αποφάσεις που να καλύπτουν και τους 3 πυλώνες της βιώσιμης ανάπτυξης, 2) τη δημιουργία βάσεων δεδομένων αγρού που να παρουσιάζουν υψηλό βαθμό ακρίβειας 3) τη χρήση πιο σύνθετων μεθοδολογικών προσεγγίσεων, όπως αυτές εφαρμόζονται σε άλλους κλάδους της επιχειρησιακής έρευνας. Στο Κεφάλαιο 3, πραγματοποιείται ένας συνδυασμός της DEA με την πολυκριτηριακή μέθοδο λήψης αποφάσεων TOPSIS, προκειμένου να εξαχθούν αποτελέσματα που εμπεριέχουν και την κοινωνική διάσταση, εστιάζοντας στο πρώτο βιβλιογραφικό κενό. Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε αφορούσε 107 παραγωγούς βάμβακος στη Θεσσαλία και τη Μακεδονία. Τα τελικά αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχει ένα καλά εγκαθιδρυμένο πρωτόκολλο παραγωγής ενώ είναι ελάχιστοι οι παραγωγοί που παρουσιάζουν χαμηλό βαθμό αποδοτικότητας. Αναφορικά με το συνδυασμό DEA και TOPSIS φαίνεται να είναι ιδιαίτερα χρήσιμος, όχι μόνο για την ενσωμάτωση κοινωνικών χαρακτηριστικών, αλλά και για περιπτώσεις που είναι δύσκολο να υπάρχουν ακριβείς μετρήσεις αγρού. Το Κεφάλαιο 4 αναφέρεται σε μια μελέτη περίπτωσης όπου μελετάται η αποδοτικότητα χρήσης εισροών για παραγωγούς σε Ελλάδα και Ιταλία μέσα από το δίκτυο του GD.NET, ενός συστήματος λήψεων αποφάσεων για την καλλιέργεια σκληρού σίτου, το οποίο έχει προκύψει από τη συνεργασία της HORTA με την Barilla. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, αναδείχθηκε η διαφορά που προκύπτει από την εφαρμογή των καλλιεργητικών συμβουλών που παρέχει το GD.NET. Πιο συγκεκριμένα, αποδείχθηκε ότι οι Ιταλοί αγρότες έχουν μια ξεκάθαρη τάση για μείωση των εισροών, ενώ στην Ελληνική επικράτεια η εφαρμογή του πρωτοκόλλου δεν παρουσιάζει την ίδια συνεκτικότητα. Παρόλα αυτά, το κεφάλαιο αυτό προωθεί τον τρόπο λειτουργίας μιας σύγχρονης γεωργίας με τη συλλογή και επεξεργασία δεδομένων αγρού, μέσω συστημάτων υποβοήθησης λήψης αποφάσεων, που έχουν ως στόχο την αύξηση της αποδοτικότητας και τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η εφαρμογή της DEA με τη χρήση δεδομένων χρονοσειράς από τους αγροτικού τομείς της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Το μεθοδολογικό ενδιαφέρον της συγκεκριμένης έρευνας αποσκοπεί στην επίδραση της επιλογής του κατάλληλου παραθύρου (Window), το οποίο αντιστοιχεί με το χρονικό διάστημα με βάση το οποίο η μεταβολή της επίδρασης της τεχνολογίας θεωρείται μη σημαντική. Στην περίπτωση αυτή το ιδανικό χρονικό παράθυρο που προέκυψε ισοδυναμούσε με 7 έτη, που αντιστοιχούν με το χρονικό διάστημα εφαρμογής των προγραμματικών περιόδων εφαρμογής της ΚΑΠ. Στο τελευταίο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια σύνοψη των κεφαλαίων που έχουν προηγηθεί καθώς και οι προκλήσεις που συνοδεύουν την εφαρμογή της DEA από την πλευρά των επιχειρήσεων αλλά και τον ακαδημαϊκό κλάδο, προκειμένου να επιτευχθεί η μεγαλύτερη δυνατή συμβολή προς τις γενικές κατευθύνσεις του ΟΗΕ για επίτευξη της βιώσιμης ανάπτυξης έως το 2050.