Investigating the effect of farmer land-use decisions on rural landscapes using an agent-based model approach

Abstract

Land use and cover change (LUCC) is increasingly recognised as one of the most visible impacts of humans on nature. In rural areas, most of the observed LUCC is associated with agricultural activities. This has traditionally been attributed to the interplay of the socio-economic and political milieu, and the opportunities and constraints arising from the climatic conditions and physical attributes of land. Although there is no doubt that these factors influence farmer decisions, the mosaic of farming systems suggests that farmers do not always behave uniformly, even in areas with comparable socio-economic and environmental conditions. While the multi-facetted and varying nature of farmer decision-making is considered to be established knowledge in rural sociology, it is often neglected in LUCC models that typically describe it as homogeneous and rational in economic terms. This thesis presents an application of mixed-method social survey which aims at improving the representation of the diversity and complexity of farmer decision-making process in LUCC models. Different data collection methods (in-depth, semi-structured interviews, questionnaire) and analyses (thematic analysis, principal components analysis, cluster analysis, choice-based conjoint analysis) were used complementarily to identify the factors that facilitate or constrain farmer participation in environmental management practices (a), to identify the dominant farmer profiles (b) and to assess farmer preferences that influence land use decisions (c). Data collection was conducted in a study area located in the Canton of Aargau, Switzerland, where there is limited knowledge about farmer decision-making drivers and actions. Research findings were used to empirically inform an agent-based model that simulates farmer decisions. Paremeterised storylines were used to explore farmer decisions in alternative futures. An advanced and context-specific representation of human agents in modeling frameworks can make LUCC models valuable tools both for landscape analysis and policy making. In the face of new policy reforms, this thesis contributes to the achievement of this objective, by presenting an approach to explore and organize the heterogeneity of farmer behaviour and to make this usable in agent-based modeling frameworks.

Η αλλαγή χρήσης και κάλυψης γης αναγνωρίζεται ολοένα και περισσότερο ως μία από τις πιο ορατές επιπτώσεις του ανθρώπου στη φύση. Στις αγροτικές περιοχές, το μεγαλύτερο μέρος της παρατηρούμενης αλλαγής χρήσεων γης σχετίζεται με γεωργικές δραστηριότητες. Αυτό παραδοσιακά αποδίδεται στην αλληλεπίδραση του κοινωνικοοικονομικού και πολιτικού περιβάλλοντος, καθώς και στις ευκαιρίες και τους περιορισμούς που προκύπτουν από τις κλιματικές συνθήκες και τα φυσικά χαρακτηριστικά της γης. Αν και δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν τις αποφάσεις των αγροτών, το μωσαϊκό των γεωργικών συστημάτων υποδηλώνει ότι οι αγρότες δεν συμπεριφέρονται πάντα ομοιόμορφα, ακόμη και σε περιοχές με συγκρίσιμες κοινωνικοοικονομικές και περιβαλλοντικές συνθήκες. Ενώ η πολύπλευρη και ποικίλη φύση της λήψης αποφάσεων των αγροτών θεωρείται καθιερωμένη γνώση στην αγροτική κοινωνιολογία, συχνά παραμελείται στα μοντέλα LUCC που συνήθως την περιγράφουν ως ομοιογενή και ορθολογική από οικονομικής άποψης. Αυτή η διατριβή παρουσιάζει μια εφαρμογή κοινωνικής έρευνας μικτής μεθόδου που στοχεύει στη βελτίωση της αναπαράστασης της ποικιλομορφίας και της πολυπλοκότητας της διαδικασίας λήψης αποφάσεων των αγροτών στα μοντέλα αλλαγής χρήσεων γης. Διαφορετικές μέθοδοι συλλογής δεδομένων (εις βάθος, ημιδομημένες συνεντεύξεις, ερωτηματολόγιο) και αναλύσεις (θεματική ανάλυση, ανάλυση κύριων συνιστωσών, ανάλυση συστάδων, συνδυασμένη ανάλυση βασισμένη σε επιλογές) χρησιμοποιήθηκαν συμπληρωματικά για τον εντοπισμό των παραγόντων που διευκολύνουν ή περιορίζουν τη συμμετοχή των αγροτών σε πρακτικές περιβαλλοντικής διαχείρισης (α), για τον εντοπισμό των κυρίαρχων προφίλ των αγροτών (β) και για την αξιολόγηση των προτιμήσεων των αγροτών που επηρεάζουν τις αποφάσεις χρήσης γης (γ). Η συλλογή δεδομένων πραγματοποιήθηκε σε μια περιοχή μελέτης που βρίσκεται στο Καντόνι του Άαργκαου της Ελβετίας, όπου υπάρχει περιορισμένη γνώση σχετικά με τους παράγοντες και τις ενέργειες λήψης αποφάσεων των αγροτών. Τα ερευνητικά ευρήματα χρησιμοποιήθηκαν για την εμπειρική ενημέρωση ενός μοντέλου βασισμένου σε πράκτορες που προσομοιώνει τις αποφάσεις των αγροτών. Χρησιμοποιήθηκαν παραμετροποιημένες ιστορίες για την διερεύνηση των αποφάσεων των αγροτών σε εναλλακτικά μέλλοντα. Μια προηγμένη και εξειδικευμένη στο πλαίσιο αναπαράσταση των ανθρώπινων παραγόντων σε πλαίσια μοντελοποίησης μπορεί να καταστήσει τα μοντέλα αλλαγής χρήσεων γης πολύτιμα εργαλεία τόσο για την ανάλυση τοπίου όσο και για τη χάραξη πολιτικής. Ενόψει νέων μεταρρυθμίσεων πολιτικής, η παρούσα διατριβή συμβάλλει στην επίτευξη αυτού του στόχου, παρουσιάζοντας μια προσέγγιση για την διερεύνηση και οργάνωση της ετερογένειας της συμπεριφοράς των αγροτών και για να καταστεί αυτή αξιοποιήσιμη σε πλαίσια μοντελοποίησης βασισμένα σε πράκτορες.