Comparison of the sustainability of ecological farming approaches using bio-economic modeling

Abstract

EU and national policies foster ecological farming approaches to mitigate environmental pressures and increase sustainability of agricultural production. However, existing policies suffer from limited participation or low environmental benefits. To achieve the EU's ambitious sustainability targets, policy adoption and effectiveness need to increase. This dissertation assesses the sustainability of ecological farming approaches at farm-level and identifies the effects of policy and structural factors on performance levels and gaps. <br /> The dissertation applies the bio-economic farm model FarmDyn to assess the economic and environmental impacts of two key policies affecting legume production in Europe. Findings indicate that while modest increases in legume production can be achieved with relatively low levels of Voluntary Coupled Support, more substantial changes require considerable subsidies. Allowing manure application to legumes under the EU Nitrates Directive can promote legume production while reducing the use of synthetic nitrogen fertilizers and imported protein-rich feeds, although the environmental benefits are limited. <br /> Spatial and farm structural factors can considerably affect the performance and adoption of ecological approaches. This dissertation quantifies the economic effects of plot sizes and farm-plot distances based on big data on resource requirements of field operations and summarizes them in a regression model. The results reveal that the effects of plot sizes and farm-plot distances strongly impact the economic performance of ecological approaches, with stronger effects observed in conventional compared to organic farming systems. This suggests that potential profit gains from conversion to organic farming are higher for farms in more fragmented land structures. <br /> The regression functions are implemented in the FarmDyn model to assess the economic potential of organic production for specialized arable farms cooperating with a biogas plant instead of taking up livestock production. The results show that organic farming exhibits high economic potential for specialized arable farms when the application of biogas digestate reduces the shortage of mobile nitrogen fertilizers. Stricter restrictions on its use reduce profitability and increase labor requirements. <br /> This dissertation demonstrates that ecological farming approaches can have substantial economic potential. However, their economic performance is influenced by regulatory constraints from policies and private farming associations. Less stringent restrictions improve economic performance, but may compromise environmental benefits. Low adoption rates highlight the need for a balanced use of different policy instruments. The interaction of policy measures and goals requires that policies are considered in a broader context. This complexity makes the development of effective policies challenging, emphasizing the importance of detailed ex-ante analysis.

<strong>Nachhaltigkeit ökologischer Bewirtschaftungskonzepte: Ein Vergleich unter Verwendung bioökonomischer Modellierung</strong> <br /> Die EU und ihre Mitgliedstaaten fördern ökologische Bewirtschaftungskonzepte, um Umweltbelastungen landwirtschaftlicher Produktion zu verringern und ihre Nachhaltigkeit zu erhöhen. Um die Nachhaltigkeitsziele der EU zu erreichen, muss die Akzeptanz und die Effektivität bestehender Maßnahmen gesteigert werden. Diese Dissertation untersucht die Nachhaltigkeit ökologischer Bewirtschaftungskonzepte auf Betriebsebene und bewertet den Einfluss politischer und struktureller Faktoren auf ihre Wirtschaftlichkeit. <br /> Das bioökonomische Betriebsmodell FarmDyn wird angewendet, um die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen von zwei politischen Maßnahmen auf den Leguminosenanbau in Europa zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass eine moderate Steigerung der Leguminosenproduktion mit geringen Fördermitteln möglich ist, während ein größerer Anstieg erhebliche Subventionen erfordert. Die Möglichkeit im Rahmen der EU-Nitratrichtlinie Gülle auf Leguminosen auszubringen kann ihren Anbau fördern und den Einsatz von Betriebsmitteln verringern, den ökologischen Nutzen jedoch auch eingrenzen. <br /> Die Schlaggröße und die Entfernung eines Betriebes zum Schlag können die Leistung ökologischer Ansätze erheblich beeinflussen. In dieser Dissertation werden ihre wirtschaftlichen Effekte basierend auf dem Ressourcenbedarf von Feldarbeiten quantifiziert und in einem Regressionsmodell zusammengefasst. Die Ergebnisse zeigen, dass Schlaggrößen und -entfernungen einen erheblichen Einfluss auf ökonomische Indikatoren haben. Dieser Einfluss ist in konventionellen Produktionssystemen stärker ausgeprägt als in ökologischen. Dies deutet darauf hin, dass potenzielle wirtschaftliche Vorteile ökologischer Landwirtschaft in fragmentierten Landstrukturen größer sind. <br /> Die Regressionsfunktionen werden in FarmDyn implementiert, um das wirtschaftliche Potenzial ökologischer Landwirtschaft für spezialisierte Ackerbaubetriebe zu bewerten. Anstatt in die Viehwirtschaft einzusteigen, wird dem Mangel an mobilen Stickstoffdüngern durch die Ausbringung von Gärresten entgegengewirkt. Die Ergebnisse weisen ökologischer Landwirtschaft ein hohes wirtschaftliches Potenzial aus. Strengere Beschränkungen des Einsatzes von Gärresten verringern die Rentabilität und erhöhen den Arbeitsaufwand. <br /> Diese Dissertation verdeutlicht, dass ökologische Bewirtschaftungskonzepte ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial haben können. Regulatorische Beschränkungen seitens der Politik und privater Landwirtschaftsverbände können die Wirtschaftlichkeit beeinflussen. Lockerere Auflagen können die Wirtschaftlichkeit erhöhen, aber den ökologischen Nutzen beeinträchtigen. Ein ausgewogener Einsatz verschiedener politischer Instrumente ist erforderlich um ihre Akzeptanz zu erhöhen. Die Wechselwirkung zwischen politischen Maßnahmen und Zielen erfordert eine umfassendere Betrachtung der Politik. Die Entwicklung wirksamer politischer Maßnahmen ist aufgrund dieser Komplexität eine Herausforderung und unterstreicht die Bedeutung detaillierter Ex-ante-Analysen.