Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The agricultural sector accounts for about 13 percent of the total load of greenhouse gas emissions from Sweden (Swedish Environmental Protection Agency, 2007). The Swedish objective to reduce the greenhouse gas emissions with 40 percentage units to the year of 2020, based upon the year of 1990, might imply stricter regulations for Swedish farmers. A regulation or other forms of economic incentives is probably necessary to reduce the emissions originating from the agricultural sector.

This study aims to investigate the economic and managerial impact on two agricultural firms with differing production system given that a constraint on green house gas emissions is introduced. Gases included in this study are carbon dioxide, methane and nitrous oxide. A literature review is carried out to obtain data on emission factors from agricultural activities. The two case-study farms in this study represent crop production and crop and pig production, respectively. The farms are both part of the research program "Odling i balans". In order to ensure an economic optimal adjustment, given the introduction of a constraint on greenhouse gas emissions, non-linear optimization techniques have been utilized. Furthermore, this study connects biological relationships and economic analyses of profits and cost-effectiveness with a target on emissions. Novel biological relationships in the study represent optimal crop rotation accounting for the biological effects of preceding crops, relationships between nitrogen application, yield and important quality parameters such as protein content in grain.

Since the reduction of greenhouse gas emissions is not determined in quantity or formation, the results are presented according to two different scenarios, one life-cycle approach including emissions from production of inputs and one national perspective excluding these emissions.

The results of the study show that the economic consequences for the crop producing farm due to a reduction of greenhouse gas emissions with 20 percentage units amount to 130 and 230 SEK per hectare, depending on whether the emissions from production of inputs are included or not. The corresponding result for the crop and pig producing farm, given the use of the available capacity for piglet production, amounts to 800 and 900 SEK per hectare. If the farmer is able to adjust the number of sows, the economic loss per hectare decreases to 280 and 340 SEK. Due to large emissions from the pig production, the cost of reducing the greenhouse gas emissions increases in a scenario with maximal capacity utilization in pig production. The explanation is that the reduction on total emissions requires extensive adjustments in the crop production. Hence, the economic return decreases. The reduction in percentage is greater when excluding emissions from production of inputs therefore the economic impact is greater. The marginal cost of reducing greenhouse gas emissions amounts to about 0,50 to 3 SEK per kg of carbon dioxide equivalent.

A comparison between tillage systems reveals that minimum tillage systems, generate not only higher economic return but, also lower emissions. However the marginal cost remains largely unchanged. The results of the analysis show that the crop producing farm is able to reduce the greenhouse gas emissions with almost 35 to 40 percent through a minimum tillage system adhering to the emission constraint, and at the same time maintain the economic result. The corresponding reduction for the crop and pig producing farm is 9 to 14 percent.

Jordbrukssektorn står för cirka 13 procent av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser
(Swedish Environmental Protection Agency, 2007). Sveriges mål att reducera emissionerna
med 40 procent fram till år 2020, jämfört med 1990-års nivå, tyder på skärpta krav i framtiden
för Sveriges lantbrukare. För att sänka utsläppen inom jordbruket krävs förmodligen en
reglering inom sektorn.
Syftet med studien är att utreda hur två lantbruksföretag med olika driftsinriktning påverkas,
ekonomiskt och produktionsmässigt, då en begränsning av växthusgasemissioner
introduceras. De växthusgaser som behandlas i studien är koldioxid, lustgas och metan. En
litteraturstudie genomförs för att inhämta emissionsdata. Optimeringsmodeller utvecklas för
två fallgårdar med inriktning växtodling respektive växtodling och grisproduktion. De bägge
gårdarna medverkar i Odling i Balans. Modellerna grundas på teorier rörande icke-linjär
optimering och skiljer sig från tidigare studier då de beaktar komplexa biologiska samband
och antaganden om ekonomiskt rationellt beslutsfattande och kostnadseffektivitet med
avseende på ett givet utsläppsmål. De biologiska samband som modelleras är bland annat
växtföljder och förfrukter, avkastning i förhållande till kvävetillförsel samt kvalitetsaspekter
såsom sambandet mellan proteininnehåll i spannmål och kvävegiva.
Resultaten beskrivs enligt två scenarier, eftersom det är oklart hur en eventuell begränsning av
växthusgasemissioner från jordbruket skulle kunna utformas. Dels analyseras ett
livscykelperspektiv där emissioner från framställning av produktionsmedel inkluderas, dels ett
nationellt perspektiv där emissioner från framställning av produktionsmedel exkluderas.
Analysen visar att lantbrukarens kostnad för att reducera emissionerna med 20 procent uppgår
till 130 respektive 230 kronor per hektar för växtodlingsgården, beroende på om tillverkning
av produktionsmedel ingår eller ej. För grisgården är kostnaden 280 respektive 340 kronor i
det fall då antalet modersuggor kan minska, medan full kapacitet i smågrisproduktionen
innebär kostnader om 800 till 900 kronor per hektar. Studien visar att kostnaden för att
reducera emissionerna blir högre då grisgården inte kan anpassa grisproduktionen, vilken ger
höga emissioner från bland annat gödsellagring och inköpt foder. Förklaringen är att en
procentuell reduktion av de i nuläget höga emissionerna kräver omfattande anpassning av
kvävetillförsel och skördenivåer, vilket leder till ett försämrat ekonomiskt resultat. I ett
scenario då produktionsmedel exkluderas i analysen är kostnaden högre för att reducera
emissionerna eftersom den procentuella reduktionen blir mer omfattande än i fallet inklusive
produktionsmedel. Marginalkostnaden för att reducera emissionerna sträcker sig mellan 0,5
och 3 kronor per kg koldioxidekvivalent för fallgårdarna.
Vid jämförelse mellan reducerad och konventionell jordbearbetning på fallgårdarna visar sig
det reducerade systemet ha flera fördelar. Det ekonomiska resultatet ökar och emissionerna
minskar, till följd av lägre maskinkostnader per hektar och lägre emissioner hänförliga till
tillverkning och förbränning av dieselolja. Dock är marginalkostnaden för att reducera de
totala emissionerna i stort sett densamma. Analysen visar att växtodlingsgården kan sänka
emissionerna med knappt 35 till 40 procent, med bibehållen vinst genom att tillämpa
reducerad bearbetning och samtidigt anpassa sig till begränsning av emissionerna. Det
reducerade bearbetningssystemet på grisgården innebär plöjningsfri odling av höstvete och
analysen visar att emissionerna kan sänkas med 9 till 14 procent, givet anpassning och
bibehållet ekonomiskt resultat.