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Local ecosystem dynamics and agri-food systems: a spatially explicit modelling approach to inform policy

English title Local ecosystem dynamics and agri-food systems: a spatially explicit modelling approach to inform policy
Applicant Stolze Mathias
Number 188768
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL)
Institution of higher education Research Institute of Organic Agriculture - FiBL
Main discipline Other disciplines of Environmental Sciences
Start/End 01.01.2020 - 31.12.2023
Approved amount 345'754.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Environmental Sciences
Agricultural Engineering

Keywords (7)

Regionalised policy making; Integrated Modelling; Food system modelling; Spacially explicit modelling; Life Cycle Assessment; Spatial optimization; Sustainable agriculture

Lay Summary (German)

Lead
Während verschiedene methodische Ansätze auf die Verbesserung der Nachhaltigkeit von Landwirtschaft und Ernährungssystemen abzielen, fehlt es auf regionaler Ebene jedoch bisher an einer integrierten Toolbox von Modellen. Dieses Projekt zielt auf die Entwicklung solch eines Modellierungsansatzes zur Bewertung und Optimierung landwirtschaftlicher Aktivitäten innerhalb ihrer lokalen Ökosystemgrenzen ab, der neue Erkenntnis für die Gestaltung standortangepasster Politikmassnahmen liefern wird.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts
Im Laufe des Projektes werden wir ein räumlich explizites (d.h. raster-basiertes) Modell entwickeln, welches sowohl die Nährstoffflüsse der Landwirtschaft und die damit verbundenen Umweltauswirkungen abbildet, als auch die lokalen Ökosystemdynamiken und die verschiedenen gesellschaftlichen Funktionen der Landnutzung berücksichtigt. Aufbauend darauf entwickeln wir Landnutzungs-Szenarien, um Handlungsspielräume aufzuzeigen und sowohl Zielkonflikte als auch Synergien zwischen landwirtschaftlicher Flächennutzung, Ökosystemdienstleistungen und Biodiversität zu analysieren. Mögliche Verlagerungen der Umwelteffekte ins Ausland werden wir mittels Analysen über verschiedene geografische Skalen hinweg berücksichtigen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts
Die globale Landwirtschaft steht vor grossen Herausforderungen: einerseits muss eine wachsende Bevölkerung ausreichend mit Nahrungsmitteln versorgt werden, andererseits ist es erforderlich, die dadurch entstehenden Umweltbelastungen zu verringern. Die in der Schweiz gesetzten Ziele zur Reduktion dieser negativen Umweltauswirkungen wurden jedoch bisher nicht erreicht. Eine Möglichkeit, die Umweltziele zu erreichen, bietet ein stärkerer Fokus auf regionale Lösungsansätze. Dies wird im Rahmen der Agrarpolitik 22+ und der standortangepassten Landwirtschaft diskutiert.

Direct link to Lay Summary Last update: 07.10.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

Global agriculture is facing immense challenges due to the necessity to provide a growing population with sufficient and nutritious food while at the same time decreasing its pressure on many biogeophysical earth systems at the local and global scale. In the context of Switzerland, current political efforts acknowledge the need to reduce the environmental impacts of agricultural production. However, several environmental objectives set for agriculture have not been achieved, local ecosystem carrying capacities are still being exceeded and biodiversity remains impaired. One way to remedy the lack of environmental goal achievement on regional level and national aggregates would be through moving towards a more regionalized approach to agricultural policy. However, to do so successfully, an adequate toolbox of models is needed, which; (1) considers the systemic character of agricultural production, (2) acknowledges local ecosystem dynamics and landscape heterogeneity, (3) considers global side effects of local changes and (4) takes environmental impacts into account. This would allow the regional option space to be analysed and to support the identification of regionally optimal approaches as well as of promising synergies and challenging trade-offs between different strategies and policy instruments. Such a toolbox is however missing. The main objective of this project is therefore to develop a modelling approach which is able to capture the relevant variables for regionalised policy making, as for instance discussed in the context of AP22+, and test its sensitivity to the relevant regional ecosystem characteristics as well as its flexibility and robustness to inform policies. The specific objectives of the study are thus: A) To conduct a literature review to obtain an overview on and assess the strengths and weaknesses of different approaches and methods for spatially explicit model-based policy advice on landscape level; B) The development and application of a spatially explicit model of nutrient flows and related environmental impacts of agricultural production that accounts for landscape heterogeneity and is suitable for regionalised policy advice; C) The development of scenarios to illustrate the option space of possible impact mitigation options and the analysis of trade-offs and synergies between agricultural land use, ecosystem services and biodiversity conservation at landscape level; and D) the consideration and quantification of trade-offs and synergies across different scales and of off-site effects through the combination of this model with a global mass-flow model. The key outcome of this research project will be a replicable and documented modelling approach to assess and optimize agricultural activities in their surrounding landscape, firmly linked to biophysical processes on the landscape level as well as consistently embedded in regional to global food system dynamics and thus capturing related systemic aspects and off-site effects. The project will thus enhance the research area of agricultural and food systems modelling and finally contribute through a solution-oriented approach to regionalised policy making.
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