Flexibility of multi-agent system models for rubber agroforest landscapes and social response to emerging reward mechanisms for ecosystem services in Sumatra, Indonesia

Abstract

Payments for ecosystem services (PES) have been widely recognized as an innovative management approach to address both environment conservation and human welfare while serving as a policy instrument to deal with the ecosystem service (ES) trade-offs resulting from land-use/ cover change (LUCC). However, there is no solid understanding of how PES could affect the synergies and trade-offs among ES.<br /> This research focuses on the LUCC and its inherent ES trade-offs in the context of social-ecological systems (SES) that incorporates key feedbacks and processes, and explores the possible impacts of management regimes, i.e., PES schemes (e.g., eco-certification and reduced emissions from deforestation and degradation (REDD)). To address the complexity of this research, a multi-agent simulation (MAS) model (LB-LUDAS - Lubuk Beringin - Land Use DynAmics Simulator) was applied in which process-based decision-making sub-models were incorporated in the decision-making mechanism of agents. The model was developed to explore policy scenarios by quantifying the potential ES trade-offs resulting from the agents’ land-use choices and preferences. It was first implemented for the rubber agroforest landscape in Jambi Province (Sumatra), Indonesia. Species richness, carbon sequestration, opportunity costs, and decision processes such as PES adoption and future land-use preferences sub-models were incorporated to capture as much as possible the real SES of a rubber agroforest landscape. Three scenarios were simulated over a 20-year period, namely the PES scenario, the scenario land-use preference if supported by financial assistance/subsidies (SUB), and the current trend as the baseline scenario.<br /> From the simulations, the key findings show that there was a minimal land-cover change under the PES scenario, where an estimated 22% of the species richness in rubber agroforests could be conserved and 97% of the carbon emissions reduced compared to the baseline scenario. For the SUB scenario, an estimated 6% of the species richness could be conserved and 47% of the carbon emissions reduced. With regard to livelihoods, only under the PES scenario was wealth inequality reduced up to 50%. Regarding the return for land investment, the profitability of a land-use type depends considerably on each scenario; however, rubber agroforests would be highly profitable (20%) if a price premium were to be implemented under an eco-certification scheme. The main conclusions of this study are firstly, that PES schemes for rubber agroforests could offer synergies among carbon emission reduction, biodiversity and livelihoods, thus reducing the trade-offs resulting from possible land-use/cover change, and secondly that the LB-LUDAS model as an integrated and MAS model is a useful tool to capture the ES trade-offs as an emergent property of the dynamic social-ecological systems at the same time serving as a negotiation-support system tool to support the design of land-use policies.<br /> The use of process-based decision making in the LB-LUDAS model is recommended in order to incorporate intended decisions of agents in various situations. In this way, the triggers, options and temporal and spatial aspects of agents’ reactions are captured in a relatively realistic way.

<strong>Flexibilität von Multi-Agenten-Modellen für Gummi-Agroforste-Landschaften und die soziale Reaktion auf die neu entstehenden Belohnungsmechanismen für Ökosystemdienstleistungen in Sumatra, Indonesien</strong><br /> Bezahlungen für Ökosystemdienstleistungen (PES) sind weit verbreitet und anerkannt als ein Managementansatz sowohl für den Umweltschutz als auch für das menschliche Wohlbefinden. Gleichzeitig dienen sie als Politikinstrument zur Behandlung der Folgen (ES trade-offs) durch Veränderungen in der Landnutzung/-bedeckung (LUCC). Es gibt jedoch kein solides Wissen darüber, wie sich PES auf die Synergien und trade-offs zwischen den ES auswirken könnten. <br /> Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf den LUCC und ihren inhärenten ES trade-offs im Kontext von sozial-ökologischen Systemen (SES), die wichtige Feedbacks und Prozesse berücksichtigen. Die Studie untersucht die möglichen Auswirkungen von Managementregimen, d.h., PES-Systeme (z.B. Ökozertifizierung und reduzierte Emissionen von Entwaldung und Degradation (REDD)). Um die Komplexität des Themas zu erfassen, wurde ein Multi-Agentensimulationsmodel (MAS; LB-LUDAS - Lubuk Beringin - Land Use DynAmics Simulator) eingesetzt, in dem prozessbasierte Entscheidungs-Submodelle in den Entscheidungsmechanismus der Agenten berücksichtigt werden. Das Modell wurde entwickelt, um verschiedene Szenarien durch die Quantifizierung der potentiellen ES trade-offs, die durch die Wahl bzw. Vorlieben der Agenten hinsichtlich der Landnutzung entstehen, zu untersuchen. Es wurde zuerst für die Landschaften der Gummi-Agroforste in Jambi Provinz (Sumatra), Indonesien, eingesetzt. Sub-Modelle wie Artenvielfalt, Kohlenstoffspeicherung, Opportunitätskosten und Entscheidungsprozesse wie Anwendung von PES und zukünftige Präferenzen wurden berücksichtigt, um so weit wie möglich die tatsächlichen SES von Gummi-Agroforsten zu erfassen. Drei Szenarien wurden über eine Periode von 20 Jahren simuliert nämlich das PES-Szenario, das Szenario Landnutzungspräferenz, wenn mit finanzieller Unterstützung bzw. Subventionen (SUB), sowie der aktuelle Trend als Grundszenario. <br /> Die wichtigsten Ergebnisse der Simulationen zeigen eine minimale Veränderung der Landnutzung im PES-Szenario wobei ca. 22% der Artenvielfalt in den Gummi-Agroforsten erhalten und die Kohlenstoffemissionen um 97% reduziert werden konnten verglichen mit dem Grundszenario. Bei dem SUB-Szenario konnten ca. 6% der Artenvielfalt erhalten und die Kohlenstoffemissionen um 47% reduziert werden. Hinsichtlich der Lebensgrundlagen wurden nur beim PES-Szenario die Wohlstandsungleichheit um bis zu 50% reduziert. Bei den Renditen für Investitionen in Land hängt Wirtschaftlichkeit sehr stark vom Landnutzungstyp ab; Gummi-Agroforste wären jedoch sehr profitabel (20%) bei einem Preisaufschlag in einem Ökozertifizierungsprogramm. Die wichtigsten Schlussfolgerungen dieser Untersuchung sind erstens, dass PES-Programme für Gummi-Agroforste zu Synergien zwischen Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und Biodiversität sowie Lebensgrundlagen führen und damit die trade-offs reduzieren, die durch mögliche Veränderungen in der Landnutzung/-bedeckung entstehen können und zweitens, dass das LB-LUDAS-Modell als integriertes sowie als MAS-Modell ein nützliches Instrument darstellt, um die ES trade-offs als eine zu Tage tretende Eigenschaft der dynamischen sozialen-ökologischen Systemen zu erfassen. Gleichzeitig dient das Modell als Instrument zur Unterstützung von Verhandlungen bei der Planung von Landnutzungsmaßnahmen. <br /> Der Einsatz prozessbasierter Entscheidungen im LB-LUDAS-Modell um geplante Entscheidungen von Agenten in verschiedenen Situationen zu berücksichtigen, wird empfohlen. Auf diese Art können die Auslöser, die Optionen sowie die zeitlichen und räumlichen Aspekte der Reaktionen der Agenten auf relativ realistische Weise erfasst werden.