| dc.contributor.advisor | Theuvsen, Prof. Dr. Ludwig | |
| dc.contributor.author | Vogel, Everton | |
| dc.date.accessioned | 2022-12-14T16:43:30Z | |
| dc.date.available | 2022-12-22T00:50:10Z | |
| dc.date.issued | 2022-12-14 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14413 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9593 | |
| dc.format.extent | 188 Seiten | de |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 630 | de |
| dc.title | Assessing the Economic and Environmental Performance of Dairy and Paddy Field Agricultural Systems in Brazil | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Isermeyer, Prof. Dr. Folkhard | |
| dc.date.examination | 2022-09-19 | de |
| dc.description.abstractger | Landwirtschaftliche Systeme bilden die Wirtschaftsgrundlage vieler Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen und spielen eine zentrale Rolle bei der Gewährleistung der Ernährungssicherheit, des Einkommens und der Sicherung der Lebensgrundlagen in ländlichen Gebieten. Die zunehmende Urbanisierung, das Einkommenswachstum und die veränderten Ernährungsgewohnheiten werden die Nachfrage nach landwirtschaftlichen Erzeugnissen in den kommenden Jahrzehnten weltweit weiter ansteigen lassen. Dadurch wird die Bedeutung von Landwirtschaft und Viehzucht für die globale Ernährungssicherheit und das Überleben der Menschen auf der Erde noch weiter zunehmen. Trotz ihrer Bedeutung erzeugen viele der derzeit angewandten landwirtschaftlichen Praktiken und Systeme auch externe Umweltauswirkungen, die sich negativ auf den Menschen auswirken, die natürlichen Ressourcen erschöpfen und die Umwelt schädigen.
In Anbetracht dessen stehen die Entscheidungsträger in der Agrarpolitik weltweit vor der Herausforderung eine Politik zu entwerfen, die die ländliche Entwicklung und die nationalen Volkswirtschaften unterstützt und gleichzeitig die externen Umwelteffekte mindert oder vermeidet. Dies ist in den letzten Jahren vor allem für Länder, die internationale Umweltverpflichtungen wie die Reduktion der Entwaldung und der Treibhausgasemissionen eingegangen sind, von größter Bedeutung geworden. Generell sind die nachhaltige Intensivierung und die Integration von landwirtschaftlichen Systemen wichtige Strategien, die zur Erreichung dieser Ziele vorgeschlagen werden. Es wird erwartet, dass diese Praktiken eine effizientere Nutzung knapper Ressourcen fördern, die Treibhausgasintensität verringern sowie die biologische Vielfalt und die Produktivität der landwirtschaftlichen Systeme erhöhen. Nachhaltige Intensivierungs- und Integrationspraktiken stehen im Mittelpunkt der aktuellen brasilianischen Agrarpolitik und Forschungsagenda. In der Praxis ist die effektive Umsetzung umweltfreundlicher landwirtschaftlicher Systeme und Praktiken jedoch komplex
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und kontextspezifisch. Daher könnte ein besseres Verständnis der Heterogenität zwischen den landwirtschaftlichen Betrieben und der Kompromisse und Synergien, die mit der Abkehr vom Status quo verbunden sind, die Entwicklung und Umsetzung nachhaltigerer landwirtschaftlicher Systeme und Praktiken unterstützen.
Das Hauptziel dieser Dissertation ist es, die ökonomische, ökologische und gekoppelte Leistung von landwirtschaftlichen Systemen in Brasilien zu untersuchen. Ziel ist es, einen Beitrag zur interdisziplinären Literatur über die Nachhaltigkeit von Agrarsystemen in Brasilien zu leisten und Verbesserungen vorzuschlagen. Die Dissertation wird in drei Beiträgen vorgestellt, die durch eine allgemeine Einleitung und eine Schlussfolgerung ergänzt werden.
Der erste Aufsatz widmet sich der Analyse der Heterogenität und des Kohlenstoff-Fußabdrucks von Milchviehbetrieben und der Ermittlung von Schlüsselstrategien und Managementpraktiken, die Landwirte anwenden können, um den Kohlenstoff-Fußabdruck der Milchviehhaltung zu reduzieren. Auf der Grundlage einer Stichprobe von 911 Milchviehbetrieben aus dem südbrasilianischen Bundesstaat Paraná berechnen wir den betriebsspezifischen Kohlenstoff-Fußabdruck und gruppieren ihn mithilfe des k-means Clustering-Algorithmus. Außerdem vergleichen wir den traditionellen Treibhauspotenzial (GWP100) mit dem Treibhauspotenzial Stern (GWP*). Das Clustering der Betriebe ermöglichte die Identifizierung von vier verschiedenen Gruppen, die in Paraná tätig sind. Die Betriebsstruktur und der CO2-Fußabdruck pro kg fett- und eiweißkorrigierter Milch (FPCM) unterschieden sich erheblich zwischen den Gruppen. Die mittleren CF-Ergebnisse reichten von 1,75 kg CO2eq. in Gruppe 1 bis 3,27 kg CO2eq. in Gruppe 4. Die Ergebnisse bestätigten auch die starke negative Korrelation zwischen CO2-Fußabdruck pro kg FPCM und Tierproduktivität in Milchviehbetrieben. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Forscher, politische Entscheidungsträger und Beratungsdienste sich bemühen sollten, die Einführung von Intensivierungstechnologien und -praktiken bei weniger effizienten Landwirten zu beschleunigen. Es muss jedoch die Heterogenität zwischen den Milchviehbetrieben in einer bestimmten Region erkannt und berücksichtigt werden, um gezielte Strategien zur Verringerung der Treibhausgasemissionen zu entwickeln und den Anstieg anderer Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit der intensiven Milchviehhaltung zu überwachen.
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In dem zweiten Aufsatz wird die Analyse der Milchviehhaltung durch die Integration von Wirtschafts- und Umweltanalysen im gleichen Rahmen weiterentwickelt. Wir haben die Umwelteffizienz mittels Distanzfunktionen von Milchviehhaltern im Bundesstaat Minas Gerais, dem führenden Milcherzeuger Brasiliens, geschätzt. Wir analysieren eine Stichprobe von 208 Betrieben, die am Programm Volle Milchkanne (Balde Cheio) der Embrapa teilnehmen. Das Programm wurde ins Leben gerufen, um die nachhaltige Intensivierung von Milchviehbetrieben im Land durch Technologietransfer und partizipatives Lernen zu fördern. Methanemissionen wurden als unerwünschter Output für die Analyse und die Berechnung der Schattenpreise ausgewählt. Methan ist das wichtigste Treibhausgas, das in der Milchwirtschaft ausgestoßen wird, und hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit auf der globalen umweltpolitischen Agenda erhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass Landwirte die Umwelteffizienz ihrer Betriebe verbessern und zu den brasilianischen Verpflichtungen zur Dekarbonisierung der Wirtschaft beitragen können. Im Durchschnitt können die Landwirte ihre Produktion um 9,4 % steigern und die Methanemissionen um 8,7 % senken, ohne dass sie weitere Betriebsmittel benötigen. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass die in Minas Gerais vorkommenden Klimaarten die Produktionsgrenze beeinflussen und bei der Entwicklung regionaler Strategien berücksichtigt werden sollten. Bei der Untersuchung der Schlüsselvariablen, die zur betrieblichen (Un-) Effizienz beitragen, stellten wir fest, dass der Besitz produktiverer Kühe, die Verbesserung des Weidelands und die Anpassung des Anteils laktierender Kühe an der Herde die Umwelteffizienz von Milchviehbetrieben positiv beeinflussen. Der mittlere Schattenpreis pro Tonne emittierten Methans betrug 2.254 US-Dollar, was auf hohe Kosten für die Emissionsvermeidung hinweist. Insgesamt sollten sich die politischen Entscheidungsträger darauf konzentrieren, die Landwirte dabei zu unterstützen, effizienter zu werden, da die hohen Vermeidungskosten von Methan die wirksame Entwicklung anderer Maßnahmen im Rahmen der derzeitigen Technologie behindern können.
Der letzte Aufsatz befasst sich mit der wirtschaftlichen und ökologischen Leistung von auf Reisfeldern basierenden Integrierte Landwirtschaft Systemen im südbrasilianischen Bundesstaat Rio Grande do Sul (RS). Der RS ist der größte Reisproduzent Brasiliens und ein Pionier in der Produktion von Rindern und Sojabohnen. Die Rotation zwischen Rindern und Reis hat in den Tieflandgebieten dieses Bundesstaates eine lange Tradition. In jüngster Zeit
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wurden im RS Feldversuche durchgeführt, um die Nachhaltigkeit von Anbausystemen auf
Reisfeldern zu verbessern. Wir vergleichen zwei mehrjährige Feldexperimente (Rotation
Rindvieh-Reis und Rindvieh-Reis-Sojabohnen) mit einem Basissystem (traditionelles
Rindvieh-Reis). Wir bewerten eine Reihe von Umweltindikatoren auf der Grundlage des
Konzepts der Lebenszyklusanalyse. Dabei handelt es sich um drei Umweltauswirkungen
(Treibhauspotenzial, Versauerungspotenzial und Eutrophierungspotenzial) und drei
Auswirkungen im Zusammenhang mit der Nutzung natürlicher Ressourcen (Erschöpfung
fossiler Ressourcen, Naturraumbeanspruchung und Nutzung von Süßwasser). Zusätzlich
berechnen wir die Rendite des Managementeinsatzes und Land, um den wirtschaftlichen
Indikator darzustellen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Verbesserung der
traditionellen Rindvieh-Reis-Rotation die Rentabilität der Betriebe steigert. Es traten jedoch
trade-offs auf, und die Ergebnisse der Umweltmetriken hingen von der funktionalen Einheit
ab, die der Entscheidungsträger bewertet. Produktionsbezogene funktionale Einheiten (z. B.
Bruttoenergie oder Eiweißproduktion) begünstigten tendenziell verbesserte Systeme,
während flächenbezogene funktionale Einheiten das weniger intensive Basissystem
begünstigten. Eine Erhöhung des Betriebsinputs im System aus Ackerbau und Viehzucht
ohne Einbeziehung von Sojabohnen in die Rotation steigerte die Produktion und den Gewinn,
brachte aber nur geringe Vorteile in Bezug auf die Umweltleistung. | de |
| dc.description.abstracteng | Agricultural systems form the basis of the economy of many low- and middle-income countries, playing a pivotal role in providing food security, employment and safeguarding livelihoods in rural areas. Increasing urbanisation, income growth and shifts in dietary patterns will continue to drive the demand for agricultural products worldwide over the coming decades. Consequently, increasing even further the importance of agriculture and livestock husbandry for maintaining global food security and human well-being. Despite their importance, many agricultural practices and systems currently in use also generate environmental externalities that negatively affect humans, deplete natural resources and harm the environment.
Given the foregoing, globally agricultural policymakers face the challenge of designing policies that sustain rural development and national economies while mitigating or avoiding environmental externalities. This has become paramount in recent years, primarily for countries that assumed international environmental commitments, such as reducing deforestation and greenhouse gas (GHG) emissions. Generally, sustainable intensification and integration of agricultural systems are important strategies suggested to meet these goals. These practices are expected to promote more efficient use of scarce resources, reduce greenhouse gas intensity and increase biodiversity, as well as and the productivity of agricultural systems. Foreseeable, sustainable intensification and integration practices are at the core of the contemporary Brazilian agricultural policy and research agenda. On the ground, however, the effective implementation of environmentally friendly agricultural systems and practices is complex and context-specific. Therefore, a better understanding of the heterogeneity among farms and of the trade-offs and synergies involved in the process of moving farmers from the status quo could support the design and implementation of more sustainable agricultural systems.
The overall objective of this dissertation is to investigate the economic, environmental and joint performance of dairy and paddy fields agricultural systems in Brazil. The goals are to contribute to the interdisciplinary literature concerning the sustainability of agricultural systems in Brazil and propose improvements. The dissertation is presented in three papers, complemented by a general introduction and conclusion.
The first paper is dedicated to analysing the heterogeneity and carbon footprint among dairy farms and to identify key strategies and management practices that farmers can adopt to reduce the carbon footprint(CF) of dairy farming. Based on a sample of 911 dairy farms from Paraná state, southern Brazil, a farm-specific CF was calculated and farm groups were created using the k-means clustering algorithm. We also compared the traditional Global Warming Potential 100-year horizon (GWP100) and the recently published Global Warming Potential Star (GWP*). Clustering the farms allowed to identify four distinct groups operating in Paraná. Farm structure and the CF per kg of Fat and Protein Corrected Milk (FPCM) varied significantly between the groups. The mean CF results ranged from 1.75 kg CO2eq. (kg FPCM)-1 in Group 1 to 3.27 kg CO2eq. (kg FPCM)-1 in Group 4. The results also confirmed the strong negative correlation between CF intensity and animal productivity in dairy systems. In summary, researchers, policymakers and extension services should strive to accelerate the adoption of intensification technologies and practices among less efficient farmers. However, they must recognise the heterogeneity among dairy farms operating in a certain region to guide targeted GHG mitigation strategies and surveil the rising of other environmental impacts associated with intensive dairy farming.
In the second paper, we advanced the analysis of dairy farming by integrating economic and environmental analysis under the same framework. We estimated the environmental efficiency of dairy farmers from Minas Gerais state, the leading milk producer in Brazil. We analysed a sample of 208 farms taking part in the Embrapa’s Full Bucket programme. The programme was created to foster dairy farms’ sustainable intensification in the country through technology transfer and participatory learning. Methane emissions was selected as the undesirable output for the analysis, and the calculation of shadow prices (i.e., abatement costs). Methane is the most important GHG emitted in dairy farming and has recently received much attention in the global environmental policy agenda. The results show that farmers can improve the environmental efficiency of their farms and contribute to the Brazilian commitments to decarbonise the economy. On average, farmers can increase farm production by 9.4% and reduce methane emissions by 8.7% without requiring further inputs. Moreover, we identified that climate types occurring in Minas Gerais influence the production frontier and should be considered when developing regional policies. By investigating key variables that contribute to farm (in)efficiency, we found that owning more productive cows, improving pastureland and adjusting the percentage of lactating cows in the herd positively influence the environmental efficiency of dairy farms. The mean shadow price per tonne of methane emitted was US $2,254, indicating a high abatement cost of emissions. Overall, policymakers should focus on supporting farmers in becoming more efficient since the high abatement costs of methane may hinder the effective development of other interventions under the present technology.
The last paper addresses the economic and environmental performance of lowland paddy field-based crop-livestock systems in the state of Rio Grande do Sul (RS), southern Brazil. RS is the largest paddy rice producer in Brazil, and a pioneer in producing beef cattle and soybeans. Rotation between beef cattle and rice has a long tradition in the lowland areas in this state. Recently, field experiments have been conducted in RS to improve the sustainability of paddy field-based cropping systems. We compared two multi-year field experiments (beef cattle-rice and beef cattle-rice-soybeans rotation) with a baseline system (traditional beef cattle-rice). We assessed a set of environmental indicators based on the Life Cycle Assessment approach. Namely, three environmental impacts (Global Warming Potential, Terrestrial Acidification Potential and Freshwater Eutrophication Potential) and three impacts related to natural resources usage (Fossil Depletion, Agricultural Land Occupation and Water Depletion). Additionally, we calculated Returns to Land and Management to represent the economic indicator. Overall, the results showed that improving the traditional beef cattle-rice rotation increased farm output and profitability. However, trade-offs emerged, and the results of the environmental metrics depended on the functional unit the decision maker evaluates. Production-related functional units (e.g., protein production) tended to favour improved systems, while area-related functional unit favoured the less intensive baseline system. Increasing farm inputs in the crop-livestock system without including soybean in the rotation increased production and profits but brought little advantages in terms of environmental performance. | de |
| dc.contributor.coReferee | Brümmer, Prof. Dr. Bernhard | |
| dc.contributor.thirdReferee | Deblitz, Dr. Claus | |
| dc.subject.eng | Ecoefficiency | de |
| dc.subject.eng | Life Cycle Analysis | de |
| dc.subject.eng | Carbon Footprint | de |
| dc.subject.eng | Environmental Management | de |
| dc.subject.eng | Farm Management | de |
| dc.subject.eng | Technical Efficiency | de |
| dc.subject.eng | Shadow Price | de |
| dc.subject.eng | Sustainable Intensification | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14413-1 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Agrarwissenschaften | de |
| dc.subject.gokfull | Land- und Forstwirtschaft (PPN621302791) | de |
| dc.description.embargoed | 2022-12-22 | de |
| dc.identifier.ppn | 1827070730 | |
| dc.identifier.orcid | https://orcid.org/0000-0002-4188-9542 | de |
| dc.notes.confirmationsent | Confirmation sent 2022-12-15T06:15:01 | de |