An agent-based modelling approach to evaluate factors influencing bioenergy crop adoption in north-east Scotland

Acknowledgements This work was funded through a NERC-CASE studentship with the University of Aberdeen and the James Hutton Institute (JHI). The authors wish to thank those farmers who participated in the survey and provided data for the research, and BioSS (JHI – Aberdeen) for advising on statistical analysis.Peer reviewedPublisher PD

Caracterización y evaluación de la viabilidad futura de los sistemas de agricultura itinerante en la Amazonia colombiana el caso del Resguardo Camaritagua

La agricultura itinerante es un sistema de cultivo encontrado comúnmente en los trópicos alrededor del mundo, en la Amazonia Colombiana es el modelo de producción agrícola más difundido entre las comunidades indígenas. El crecimiento demográfico y la ampliación de la frontera agrícola, entre otras actividades, han generado una presión muy fuerte sobre las comunidades y territorios en los que se practica la agricultura itinerante, es por esto que se hace importante determinar las implicaciones que estos factores puedan tener sobre el territorio. Esta investigación caracteriza y evalúa la viabilidad futura de los sistemas de agricultura itinerante del Resguardo Camaritagua en la Amazonia colombiana, se realizó un modelo de optimización para simular las dinámicas futuras del sistema y se recrearon varios escenarios supuestos con el fin de visualizar el sistema bajo diferentes contextos sociales y características del paisaje. Se encontró que el área apta para actividades agrícolas es menor que lo descrito en otros estudios y ocupa el 3,6% del total de la extensión del Resguardo, además, a partir de la modelación se reconocen procesos y se listan las implicaciones que éstos tienen para la sostenibilidad futura de los sistemas de agricultura itinerante en la Amazonia.Shifting cultivation is a farming system commonly found in the tropics around the world, in the Colombian Amazon is the model of agricultural production more widespread among indigenous communities. Population growth, the expansion of the agricultural frontier and other activities, have generated a strong pressure on communities and territories in which shifting cultivation is practiced, which is why it is important to determine the implications that these factors may have over the territory. This study characterizes and evaluates the future viability of shifting cultivation systems of the Camaritagua Resguardo in the Colombian Amazon, it was performed an optimization model to simulate the future dynamics of the system and recreated a number of scenarios assumptions in order to visualize the system under different social and landscape features. It was found that the area suitable for agriculture is lower than the found in other studies and occupies 3.6% of the total length of the Resguardo, besides, from the modeling it was recognized process and was listed the implications of these for future sustainability of shifting cultivation systems in the Amazon.Ecólogo (a)Pregrad

Farmer's decisions and landscape change : an actor-based approach for land-use research

This dissertation has two objectives. The first objective is to link conceptually individual decisions and land-use/cover change (LUCC) patterns in rural regions. The second objective is to use these concepts to explore the influence of policy on LUCC as a response of farmers' decisions. To achieve these objectives, different approaches are used. Firstly, agent typologies are used to simplify and allocate the regional diversity of farmers' decisions. Secondly, an agent-based approach is used to link individual decisions and LUCC patterns in a regional model. Thirdly, this approach is applied to explore how farmers' response to national and global socio-economic and biophysical processes can affect the landscape of a Dutch rural region. Fourthly, this approach is applied to explore how farmers' participation in voluntary mechanisms to restore native vegetation can affect the landscape in rural Australia. Finally, the implication of these results for LUCC research and policy-making are discussed

Furthering perspectives

Includes bibliographical references.Fair trade, women’s empowerment, and international development / Shadi Azadegan -- Development within a developed country: how economic growth creates economic and social inequality / Kara Lentz -- Ethical consumption: moral sentiment and the capitalist market / Stefanie Berganini -- The decline of swidden in Southeast Asia under changing property regimes: assessing political-economic drivers of land-use/land-cover change and associated human-environment impacts / Kirk Saylor -- Climate change and food security: nutrition and health impacts on women and children in Sub-Saharan Africa / Shadi Azadegan -- “Indians don’t get transplants”: barriers in accessing kidney transplantation on the Pine Ridge Indian Reservation / Julia Reedy -- Mismatch and the effects of hormonal contraceptives on breast cancer risk / Ashley Snyder -- Just scraping by: an analysis of unifacial tool reduction from Pack Rat Shelter (5LR170) / Nick Simpson -- Lasers through the leaves: an overview of LiDAR applications in archaeology for forested regions / Alex Friedl -- Identification Of Kaplan-Hoover projectile point assemblage: a geometric morphometric analysis / Edwin Harris

Agent-based modeling of human-environment interactions in a smallholder agricultural system in the Atlantic Forest (Ribeira Valley, SP, Brazil)

Shifting cultivation systems (SCSs) have been practiced all over the tropics for centuries as the primary subsistence strategy for smallholders. However, since the mid-20th century, SCSs have been submitted to changes, driven by a combination of geographic, economic, socio-political, and demographic factors. Consequently, land use changes lead to agricultural intensification and the replacement of more profitable and permanent practices. The implementation of forest conservation policies (FCPs) is one of the changing drivers to SCSs. They have been designed to reduce or eliminate it, criminalize traditional practices, restrict resources access, displace locals, and increase inequalities and land conflicts. In Brazil, SCSs have been practiced by smallholders and indigenous groups, including Quilombolas, descendants of African enslaved who rebelled against the Portuguese regime. After the abolition of slavery, they remained spread over the country without any state legitimation. Their recognition and rights to ancestors land were possible only in 1988, with the Brazilian Constitution. The Ribeira Valley (Southeastern Brazil) is home to dozens of Quilombos, one of the most significant Atlantic Forest remnants, and high biodiversity. Its first Quilombos were formed in the 18th century and relied on SCS to survive, relatively isolated, up to the 1950s. However, in the context of SCS changes, Quilombos are under a transitional process in different dimensions, including constraints to their traditions by FCPs, generating conflicts. Inspired by this challenging scenario, the Thesis goals are to evaluate Quilombolas socioeconomic conditions and the perception of FCPs implementation and integrate two modeling tools. The tools will model the impact of agricultural transitions on family wealth, income, landscape structure, and tree community β diversity and model the impact of FCPs over the equal economic and ecological dimensions. Socioeconomic data were gathered in 2017 in 14 communities through interviews of 164 farmers. Quilombolas perception of FCPs and constraints for agricultural practice were investigated. The modeling implementation used MPMAS (Mathematical Programming-based Multi-Agent Systems) to simulate land use change in agriculture and forestry. MPMAS was integrated (through land use maps) with a Generalized Dissimilarity Modeling tool (GDM) to predict beta diversity as a function of environmental variation. The modeling exercise was implemented for Pedro Cubas territory, a Quilombo with 52 households located in Eldorado (SP). A combination of primary and secondary data from different sources was used, including a socioeconomic census of 2014 and a collection of tree data in 2016. Five economic/political scenarios were created for comparisons, with a baseline and four different counterfactual situations, varying in market access and FCPs versions. Seven yield curve scenarios and 30 Sobol repetitions were combined, totalizing 1050 simulations. A tradeoff analysis was applied over the political scenarios. MPMAS sensitivity/uncertainty analyses revealed variation on staples consumptions among yield curve scenarios, the sensitivity of income to different parameters, and each income source relevance. The GDM calibration highlighted the importance of climate predictors for tree species, indicating vulnerability to potential climate variability. Results revealed that only 32% of the families were practicing SCS in 2017, but it was still relevant for food security. 83% of the interviewees were unsatisfied with the FCPs, especially the timing of issuing the licenses for SCS. The political scenarios comparison indicates that agricultural intensification caused an improvement in average income. Still, it was accompanied by economic inequality, diminished rotation of plots, lower diversity of habitats, and a less permeable landscape structure (on fallows and because of the emergence of pasture and perennial areas). GDM results showed a significant change in landscape structure/tree community for at least 10% of the territory in the last decades. Regarding FCPs implementation, scenario comparison showed that well-being conditions improved when FCPs were excluded, although more ecological impacts occur. However, such effects refer to only 2.6% of the territory where 90% is covered by mature forest, and GDM indicates that the total ß diversity would not be significantly affected. The tradeoff analysis showed that FCPs are significant for conservation in the present context when perennials and pasture areas occur. In the isolated scenario case, when SCS is the only economic activity, a combination of good well-being and conservation performances was found, suggesting it is causing even lower environmental impacts. I recommend more flexible policies for SCS implementation in the Quilombos in general, for the potential of improving well-being conditions by impacting a small share of the territories. FCPs flexibilization would be even more relevant to the communities that dont have access to alternatives to SCS.Wanderfeldbau wurde jahrhundertelang von Kleinbauern im gesamten Tropengürtel als Hauptstrategie für Subsistenzlandwirtschaft ausgeübt. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts werden Wanderfeldbausysteme durch eine Kombination geographischer, wirtschaftlicher, soziopolitischer und demografischer Faktoren stark beeinflusst. Folglich sind Veränderungen in der Landnutzung zu beobachten, welche zu landwirtschaftlicher Intensivierung und Ersatz durch rentablere, nicht-rotierende Verfahren führen. Die Umsetzung von Waldschutzmaßnahmen spielt eine große Rolle bei Veränderungen von Wanderfeldbausystemen, da diese Schutzmaßnahmen konzipiert wurden, um Wanderfeldbau einzuschränken bzw. zu eliminieren, indem sie traditionelle Methoden kriminalisieren, Ressourcenzugriff beschränken und Vertreibung erzwingen, was zu wachsender Ungleichheit sowie zu Landkonflikten führt. In Brasilien wird Wanderfeldbaus von Kleinbauern und indigenen Bevölkerungsgruppen praktiziert, u.a. auch von den Quilombolas, den Nachkommen afrikanischer Sklaven die gegen die portugiesischen Kolonisatoren rebellierten. Nach der Abschaffung der Sklaverei blieben die ehemaligen Sklaven ohne staatliche Legitimation über das ganze Land verteilt. Ihre Anerkennung und ihre Rechte an den Ländern ihrer Vorfahren wurden erst 1988 mit der brasilianischen Verfassung ermöglicht. Das Ribeira-Tal (Südosten Brasiliens) beherbergt Dutzende von Quilombos sowie die größten verbleibenden Reste Atlantischen Regenwaldes mit hoher Biodiversität. Die ersten Quilombos dort wurden im 18. Jahrhundert gegründet und sie überlebten auf Basis von Wanderfeldbau in relativer Abgeschiedenheit bis in die 1950er Jahren Im Kontext der Veränderungen der Wanderfeldbausysteme befinden sich die Quilombos in einem multidimensionalen Übergangsprozess. Hierzu gehört auch die Einschränkung ihrer Traditionen durch die Waldschutzmaßnahmen, die Konflikte erzeugen. Vor diesem anspruchsvollen Hintergrund hat sich die vorliegende Arbeit zum Ziel gesetzt, sowohl die sozioökonomischen Bedingungen und die Wahrnehmung der Implementierung solcher Waldschutzmaßnahmen aus Sicht der Quilombolas zu evaluieren, als auch die Auswirkung der landwirtschaftlichen Intensivierung und der Waldschutzmaßnahmen auf Familieneinkommen, und vermögen, Landschaftsstruktur und Beta-Diversität der Baumgemeinschaft zu modellieren. Sozioökonomische Daten wurden im Jahr 2017 durch Interviews mit 164 Bauern aus 14 Gemeinschaften erfasst. Damit wurden die Wahrnehmung der Waldschutzmaßnahmen durch Quilombolas und die Einschränkungen der Landwirtschaftsmethoden untersucht. Als Werkzeug für die Simulation der Landnutzungsänderungen in der Land- und Forstwirtschaft wurde MPMAS (Mathematical Programming-based Multi-Agent-Systems) verwendet. Die Ergebnisse von MPMAS sind dann als Landnutzungskarten in das Generalized Dissimilarity Modeling Tool (GDM) integriert worden, um die Beta-Diversität als Funktion der Umweltvariation abzuschätzen. Die Modellierung wurde für das Pedro Cubas Gebiet durchgeführt, ein Quilombo mit 52 Haushalten in Eldorado, im Bundesstaat São Paulo. Dafür wurde eine Kombination primärer und sekundärer Daten aus verschieden Quellen gesammelt, u.a aus dem sozioökonomischen Zensus von 2014 und Daten einer Baumerhebung von 2016. Fünf wirtschaftliche bzw. politische Szenarien wurden dann zum Vergleich erstellt, davon eines als Referenz und vier als kontrafaktische Szenarien angelegt wurden, die vor allem Unterschiede im Marktzugang und den Fassungen der Waldschutzordnungen abbilden. Um mit Unsicherheit umzugehen, wurden sieben Pflanzenertragskurvenszenarien und 30 Sobol-Wiederholungen kombiniert, was insgesamt 1050 Simulationen ergab. Auf die politischen Szenarien wurde eine Trade-off-Analyse angewandt. Unsicherheitsanalysen für MPMAS-Simulationen zeigten Schwankungen sowohl im Konsum von Grundnahrungsmitteln zwischen den verschiedenen Szenarien, als auch in der Empfindlichkeit der Einkommen gegen die unterschiedlichen Parameter sowie in der Relevanz der unterschiedlichen Einkommensquellen. Die GDM-Kalibrierung hob die Bedeutung von Klimavorhersagen für die Baumarten und die Anfälligkeit für potenzielle Klimavariabilität hervor. Die Ergebnisse zeigten, dass 2017 nur 32% der Familien Wanderfeldbausysteme praktizierten, dies jedoch weiterhin für die Ernährungssicherheit relevant war. 83% der Befragten waren mit den Waldschutzmaßnahmen unzufrieden, insbesondere mit dem Zeitpunkt der Erteilung der Lizenzen für den Wanderfeldbau. Dier Vergleich der politischen Szenarien zeigt an, dass die Intensivierung der Landwirtschaft zu einer Verbesserung der durchschnittlichen Einkommen führt, dies ging jedoch einher mit wirtschaftlicher Ungleichheit, verminderter Rotation der Parzellen, geringerer Vielfalt der Lebensräume und einer weniger durchlässigen Landschaftsstruktur (auf Brachflächen und aufgrund der Entstehung von Weiden und Dauergrünland). Die GDM-Ergebnisse zeigten in den letzten Jahrzehnten für mindestens 10% des Territoriums eine große Veränderung der Landschaftsstruktur bzw. Baumgemeinschaft. In Bezug auf die Umsetzung von Waldschutzmaßnahmen zeigte ein Szenarienvergleich, dass sich die Bedingungen für die Wohlfahrt der Quilombolas verbesserten, wenn diese Maßnahmen abgeschafft würden, das würde gleichzeitig aber die ökologischen Auswirkungen verstärken. Diese Auswirkungen betreffen jedoch nur auf 2,6% des Gebiets, in dem 90% von altem Wald bedeckt sind, und die GDM Simulationen weisen darauf hin, dass die gesamte Beta-Diversität nicht sehr betroffen wäre. Die Trade-Off-Analyse ergab, dass Waldschutzmaßnahmen im gegenwärtigen Kontext mit Dauerkulturen und Weideflächen für die Walderhaltung wichtig sind. Für das Szenario einer wirtschaftlichen Isolation wie bis Anfang der 1950er Jahre, in dem Wanderfeldbau die einzige wirtschaftliche Aktivität ist, haben wir eine Kombination aus gutem wirtschaftlichem Auskommen und Waldschutz festgestellt, was darauf hindeutet, dass dies noch geringere Umweltauswirkungen verursacht. Wir empfehlen flexiblere Richtlinien für die Implementierung solcher Systeme in Quilombos im Allgemeinen, um die wirtschaftliche Wohlfahrt zu verbessern, bei Beeinflussung nur eines kleinen Teils der Gebiete. Die Flexibilisierung von Waldschutzmaßnahmen wäre für die Gemeinschaften, die keine Alternativen zum Wanderfeldbau haben, noch relevanter

Dynamic land use/cover change modelling

Landnutzungswandel ist eine komplexe Angelegenheit, die durch zahlreiche biophysikalische, sozioökonomische und wirtschaftliche Faktoren verursacht wird. Eine offensichtliche Art des Landnutzungswandels, die in den suburbanen Gebieten einer Metropole stattfindet, ist die Zersiedelung. Es gibt viele Modellierungstechniken, um dieses Phänomen zu studieren. Diese wurden seit den 1960iger Jahren entwickelt und finden weite Verbreitung. Einige dieser Modelle leiden unter dem Vernachlässigen signifikanter Variablen. Traditionelle Methoden wie etwa zellulare Automaten, Markow-Ketten-Modelle, zellulare Automaten-Markow-Modelle und logistische Regressionsmodelle, weisen inhärente Schwächen auf in Bezug auf menschliche Aktivitäten in der Umwelt. Das liegt daran, dass der Mensch der Hauptakteur in der Transformation der Umwelt ist und die suburbanen Gebiete durch Niederlassungspräferenzen und Lebensstil prägt. Das Hauptziel dieser Dissertation ist es, einige dieser traditionellen Techniken zu untersuchen, um ihre Vor- und Nachteile zu identifizieren. Diese Modelle werden miteinander verglichen, um ihre Funktionalität zu hinterfragen. Obwohl die Methodologie zur Evaluierung agentenbasierter Modelle unzureichend ist, wurde hier versucht, ein selbst-kalibriertes agentenbasiertes Modell für den Großraum Teheran zu erstellen. Einige Variablen, die in der Wirklichkeit die Zersiedelung im Studiengebiet kontrollieren, wurden durch Expertenwissen und ähnliche Studien extrahiert. Drei Hauptagenten, die mit der Ausbreitung von Städten zu tun haben, wurden definiert: Entwickler, Bewohner, Behörden. Jeder einzelne Agent beeinflusst Variablen; d.h. die Entscheidungen eines Agenten werden von einer Reihe realer Variablen beeinflusst. Das Verhalten der einzelnen Agenten wurde in einer GIS Umgebung kodiert und anschließend zusammengeführt, um einen Prototyp zur Simulation der Landnutzungsänderung zu erzeugen. Dieser Geosimulations-Prototyp ist in der Lage, die Quantität und die Lage von Landnutzungsänderungen insbesondere in der Umgebung von Teheran zu simulieren. Dieses agentenbasierte Modell zieht Nutzen aus der Stärke traditioneller Techniken wie etwa zellularen Automaten zur Änderungsallokation, Markow-Modellen zur Schätzung der Quantität der Änderung und einer Gewichtung der individuellen Faktoren. Eine detaillierte Diskussion der Implementierung der unterschiedlichen Methoden sowie eine Stärken-Schwächen-Analyse werden präsentiert und die Ergebnisse mit der tatsächlichen Situation verglichen, um die Modelle zu verifizieren. In dieser Arbeit wurden GIS Funktionen verwendet und zusätzliche Funktionen in Python programmiert. Diese Untersuchungen sollen Stadtplaner und Entscheidungsträger unterstützen, Städte und deren Ausbreitung zu simulieren.Land use/ cover change is a complex matter, which is caused by numerous biophysical, socio-economical and economic factors. An obvious form of land use change in the suburbs of the metropolis is defined as urban sprawl. There are a number of techniques to model this issue in order to investigate this topic. These models have been developed since the 1960s and are increasing in terms of quantity and popularity. Some of these models suffer from a lack of consideration of some significant variables. The traditional methods (e.g. Cellular Automata, the Markov Chain Model, the CA-Markov Model, and the Logistic Regression Model) have some inherent weaknesses in consideration of human activity in the environment. The particular significance of this problem is the fact that humans are the main actors in the transformation of the environment, and impact upon the suburbs due to their settlement preferences and lifestyle choices. The main aim of this thesis was to examine some of those traditional techniques in order to discover their considerable advantages and disadvantages. These models were compared against each other to challenge their functionality. Whereas there is a lack of methodology in evaluation of agent-based models, it was presumed to create a self-calibrated agent based model, by focussing on the Tehran metropolitan area. Some variables in reality control urban sprawl in the study area, which were extracted through the expert knowledge and similar studies. Three main agents, which deal with urban expansion, were defined: developers, residents, government. Each particular agent affects some variables, i.e. the agents‟ decisions are being influenced by a set of real variables. Agents‟ behaviours were coded in a GIS environment and, thereafter, the predefined agents were combined through a function to create a prototype for simulation of land change. This designed geosimulation prototype can simulate the quantity and location of changes specifically in the vicinity of the metropolis of Tehran. This customised agent-based model benefits from the strengths of traditional techniques; for instance, a Cellular Automata structure for change allocation, a Markov model for change quantity estimation and a weighting system to differentiate between the weights of the driving factors. A detailed discussion of each methodology implementation, and their weakness and strengths, is then presented, specifically comparing results with the reality to verify the models. In this research, we used only the GIS functionalities within GIS environments and the required functions were coded in the Python engine. This investigation will help urban planners and urban decision-makers to simulate cities and their movements over time

Muong Livelihoods and the Role of Education in Their Development: A case study of a Muong community in Cam Thuy District, Thanh Hoa Province, Vietnam

This dissertation is an attempt to clarify the role played by education in the livelihoods of the Muong minority people who live in remote mountainous areas of Vietnam. The argument focuses on critical factors that impact on livelihood performance such as livelihood assets, government policies and non-government programs. Indigenous mountain people, including the Muong, throughout their history have relied on natural resources to secure their livelihood. In the past it was thought that they lived sustainably in harmony with their environment but the impact of globalisation and the growth of the monetary economy has changed all this. Formerly isolated communities have been increasingly drawn into the modern state’s system of governance and this has resulted in reforms that, while considered good for the nation, have disadvantaged highland peoples. The views of policy makers and program designers are too often quite at odds with the needs of local indigenous people. This study was conducted in Muot village in the Thanh Hoa Province of Vietnam. In the village 98% of the villagers are of Muong descent. The research used a mixed method approach which included the use of questionnaires to collect quantitative survey data from 154 of the total of 198 households (population 678) and 75 school aged children. I was also permitted to access data from a household poverty survey initiated and authorized by the provincial committee in which I participated as an enumerator. All of this data was supplemented by qualitative engagements with both the students and householders who had participated in the personal surveys. I used a handful of participant observation techniques including informal interviews, observations made in the course of household visits, village walks, and otherwise engaging with villagers as they went about their daily activities, and focus group discussions. The mixed method approach enabled me to answer my principal questions: what are the current challenges faced by Muong in securing a livelihood? How effective are government policies in promoting economic development? How do they respond to government policies? What role does education play in Muong socioeconomic development? The content of both the quantitative and qualitative data collected was summarized in a format acceptable to SPSS, analyzed and subjected to critical analysis. Understanding what indigenous Muong need is truly important for both scholars and policy makers in Thanh Hoa province as well as Vietnam as a whole. This study found that human capital is the most significant factor in improving sustainable livelihoods. It concluded that the case for improving human resources in remote mountainous areas is paramount and that the government and local people should do more to make the best of education. Integration into the national economy and mainstream life of the nation is inevitable and education has the capacity to make a major contribution to easing this process