Soil: Ecosystem Services, Economic Analysis and Sustainability Indicators

Abstract

Soils are an important natural capital that provides multiple services to humans including provisioning food, feed and fibre, water filtration and stabilizing climate. Soil security and soil sustainability are the basis for obtaining many of the UN 2030 Sustainable Development Goals and are needed to support the coming agricultural intensification in this century. Increased resource use due to population increase, technological advances and changing consumption patterns have led to increasing pressures on this fundamental type of natural capital. Exacerbating this problem, leading to over-exploitation and degradation, the economic value of soil services, despite their importance, has all but been omitted from land-use decision making. If the current degradation rate continues humanity might suffer the loss of most of the world’s arable topsoil within the 21st century. To promote soil security and sustainable soil management, we need appropriate conceptual frameworks, methods, tools, and policies to monitor, promote and implement the sustainable management of soils. The aims of this PhD thesis were twofold A) to develop a methodological framework and carry out an evaluation of the economic value of soil ecosystem services (ES), and B) to develop indicators which could guide decision-makers on sustainable soil management. The resulting work consists of four main parts: 1) A review research of methods and economic valuation of soil ecosystem services (paper I); 2) A framework for the economic valuation of soil ES (papers I and II); 3) Pilot studies using the soil ES framework on a watershed scale and on a plot scale (papers II and IV); and 4) A set of indicators for sustainable soil management developed in partnership with expert stakeholders (paper III). The review study of soil ES economic value (paper I) is the first in the ES literature, illustrating the immense value of soil natural capital and associated ES. The case studies (paper II and IV) use the soil ES framework proposed in papers I and II to bring forth the value of soil on a watershed and plot scale illustrating how soil ES classification and economic valuation can be carried out. In addition, paper IV introduces a novel combination of methods and tools (Soil ES, Energy Return on Investment and CBA) are used to offer deeper, multi-dimensional and holistic insights into sustainable soil management and agricultural operations. Besides the value of soil ES, information on soil conditions, soil use, and other important soil factors are also needed to assess whether soils are managed sustainably. Deciding which important soil factors to focus on can be complex as there are many stakeholders at different levels with various priorities. Paper III in the thesis puts forward a transdisciplinary approach to develop soil indicators for sustainable development and reports on the outcome of a Delphi survey among expert stakeholder groups, where scientists, policy makers and soil practitioners reached a consensus on a core and satellite sets of indicators deemed most important for sustainable soil management. Overall the thesis illustrates the significant value of soil natural capital and associated soil ES and puts forward a framework on how to carry out valuations of soil ES. It shows how to establish soil sustainability indicators with active stakeholder participation. And finally, how to use the tools and methods to estimate the sustainability of an agricultural operation.

Jarðvegur er náttúruauður sem gefur af sér margvísleg náttúrugæði sem mannkynið nýtur góðs af. Það má jafnvel halda því fram að samfélag manna byggi tilveru sína á honum. Jarðvegur hreinsar og miðlar vatni, bindur kolefni, er uppspretta byggingarefna og nær öll matvælaframleiðsla heimsins tengist nýtingu á jarðvegi. Jarðvegur er grundvallarþáttur í allri fæðuöflun, fóður- og trefjaframleiðslu og einnig er mikilvægur stöðugleika loftslagsins. Vegna þessa er sjálfbær nýting jarðvegs samofin fjölmörgum markmiðum Sameinuðu Þjóðanna um Sjálfbæra Þróun til ársins 2030. Jarðvegur og þá einkum hin ræktanlegi hluti jarðvegs, gróðurmoldin, er takmörkuð auðlind og endurnýjast hægt. Þrátt fyrir það hefur maðurinn gengið á hana eins og hún væri óendanleg. Þessi aukna auðlindanotkun er tilkomin vegna fólksfjölgunar, tækniframfara og breytts neyslumynsturs sem veldur sívaxandi álagi á þessa mikilvægu auðlind. Til að auka á vandann, hefur hingað til hið hagræna virði og fjölþætta hlutverk jarðvegs ekki verið tekið nægilega til greina við ákvarðanatöku í landnýtingu og hefur það leitt af sér ákveðið skeytingarleysi og ákvarðanir sem ýtt hafa undir frekari hnignun jarðvegsauðlindarinnar. Ef ofnýting hennar heldur áfram þá gætum við tapað mestum hluta gróðurmoldarinnar á þessari öld. Til þess viðhalda jarðvegsauðlindinni og stuðla að sjálfbærri nýtingu á henni er þörf á viðeigandi aðferðafræðilegum nálgunum, tólum og tækjum og stefnumótun til þess að fylgjast með, ýta undir og innleiða sjálfbæra nýtingu á jarðvegsauðlindinni. Markmið þessarar doktorsritgerðar var tvíþætt A) að þróa aðferðafræðiramma fyrir hagrænt mat á gæðum jarðvegs (jarðvegsþjónustu) og nota aðferðafræðirammann til að gera slíkt mat B) þróa vísa sem gætu nýst við ákvarðanatöku á sjálfbærri nýtingu jarðvegs. Ritgerðinni má skipta upp í fjóra meginhluta: 1) Yfirlitsgrein um aðferðir og hagrænt mat á gæðum jarðvegs (grein I); 2) Aðferðarfræðiramma fyrir gerð hagræns mat á gæðum jarðvegs (greinar I og II); 3) Rannsóknir þar sem aðferðafræðiramminn var notaður á vatnasviði og á tilraunareit (greinar II og IV); og vísasett fyrir sjálfbæra nýtingu jarðvegs sem var þróað í samstarfi við sérfróða hagsmunaðila (grein III).

Yfirlitsgreinin um hagrænt virði gæða jarðvegs (grein I) er ein fyrsta greinin um slíkt efni sem birtist í fagritum um gæði vistkerfa (vistkerfaþjónustu). Í henni er varpað ljósi á mikilvægi og hið mikla virði jarðvegsauðsins og þeirra gæða sem hann veitir. Í rannsóknunum sem birtast í greinum II og IV er settur fram rammi til að flokka og meta virði gæða jarðvegs og þeim ramma beitt bæði á vatnasvið og tilraunareiti. Í grein IV er að auki kynnt til sögunnar nýstárleg blanda af þremur aðferðum (hagrænt mat á gæðum jarðvegs, endurgreiðslutími orku, og kostnaðar- og ábatagreining) til þess að gefa ítarlegri og heildstæðari innsýn varðandi sjálfbæra jarðvegsnýtingu og sjálfbær landbúnaðarkerfi. Til viðbótar við hagrænt virði gæða jarðvegs er nauðsynlegt að hafa upplýsingar um ástand jarðvegs, jarðvegsnýtingu og aðra mikilvæga jarðvegsþætti til þess að hægt sé að meta heildstætt hvort jarðvegsnýting sé sjálfbær. Það að ákveða hvaða jarðvegsþættir eru mikilvægastir getur verið snúið þar sem margir ólíkir hagmunaaðilar koma að nýtingu jarðvegs og mörg mismunandi sjónarmið. Í grein III er sett fram þverfagleg nálgun við þróun á jarðvegsvísum fyrir sjálfbæra þróun og greint frá niðurstöðum úr Delphi könnun á meðal sérfræðinga þar sem vísindamenn, stefnumótendur og jarðvegsnotendur völdu sett af sjálfbærnivísum sem þeir töldu vera þá mikilvægustu er varðar sjálfbæra jarðvegsnýtingu. Þessi doktorsritgerð dregur því fram mikilvægi jarðvegs og leiðir í ljós hvernig hægt er nota aðferðafræði hagfræðinnar til þess að meta það mikilvægi. Ritgerðin sýnir einnig hvernig hægt er að þróa sjálfbærnivísa fyrir jarðveg með virkri þátttöku hagsmunaaðila. Að endingu er sýnt fram á hvernig hægt er að nota þessar aðferðir til þess að meta sjálfbærni landbúnaðarkerfa á heildstæðan máta.