Effecten van klimaatsverandering op fysieke en economische opbrengst van een aantal landbouwgewassen
A.H.C.M. Schapendonk, W. Stol , S.C. van de Geijn (AB-DLO) J.H.M. Wijnands, F. Bunte en M.W. Hoogeveen (LEI-DLO)
ab-dlo lei-dlo
Nota 71, Wageningen juli 1997
DLO-Instituut voor Agrobiologisch en Bodemvruchtbaarheidsonderzoek (AB-DLO) AB-DLO doet innoverend fundamenteel en toegepast onderzoek ter bevordering van de kwaliteit en duurzaamheid van de plantaardige productie. Het instituut ontwikkelt kennis, technieken en technologieën voor land- en tuinbouw, industriële partners en overheden. De producten die AB-DLO op de markt brengt zijn gegroepeerd in drie productgroepen/thema’s: Plantaardige productie en productkwaliteit Geïntegreerde en biologische productiesystemen Onkruidbeheersingssystemen Precisielandbouw Groene grondstoffen en inhoudsstoffen Innovatie glastuinbouw Kwaliteit van plant, gewas en product Bodem - plant - milieu Bodem- en luchtkwaliteit Klimaatverandering Biodiversiteit Multifunctioneel en duurzaam landgebruik Nutriëntenmanagement Rurale ontwikkeling en voedselzekerheid Agro-ecologische zonering Multifunctionele landbouw Agrarisch natuurbeheer AB-DLO beschikt over unieke expertise op het gebied van plantenfysiologie, gewas- en productieecologie, bodemchemie en -ecologie, agro-ecologie en systeemtechnologie. AB-DLO verricht onderzoek met behulp van geavanceerde onderzoeksfaciliteiten: goed geoutilleerde laboratoria; computerbeeldverwerking voor analyse van wortelbeelden en activiteit van bodembacteriën; verschillende typen klimaatruimten, bijvoorbeeld ‘ESPAS’ voor onderzoek met radio-actief gelabelde stoffen in bodem-plant-atmosfeer; het ‘Fytolab’ voor eco-fysiologische karakterisering van (transgene) planten en voor detectie en kwantificering van stress; het ‘Wageningen Rhizolab’ voor simultane registratie van boven- en ondergrondse groeiprocessen onder veldcondities; mobiele apparatuur voor meting van de lichtbenutting van gewassen en vegetaties in het veld; Open-Top kamers voor onderzoek naar het effect van luchtverontreiniging op de groei van planten onder veldcondities; proefbedrijven op verschillende grondsoorten.
Adres Telefoon Telefax E-mail Internet
Bornsesteeg 65, Wageningen Postbus 14, 6700 AA Wageningen 0317.475700 0317.423110
[email protected] http://www.ab.dlo/abhome1.htm
Inhoudsopgave pagina 1. Inleiding 1.1
1
Effecten van klimaatverandering op plantengroei
1
2. Doelstelling
3
3. Uitgangspunten en methoden
5
3.1
3.2
3.3
Klimatologische veranderingen 3.1.1 Straling 3.1.2 Precipitatie 3.1.3 Temperatuur 3.1.4 Landgebruik en productiewaarde Gewas 3.2.1 Wintertarwe 3.2.2 Aardappel 3.2.3 Suikerbieten 3.2.4 Maïs 3.2.5 Grassen Simulatiemodel en gewasparameterisering
4. Resultaten 4.1
4.2
11
Fysieke opbrengsten 4.1.1 Vergelijking met experimentele data 4.1.2 Temperatuursinteracties 4.1.3 Watertekort 4.1.4 Interacties met luchtverontreiniging met name ozon 4.1.5 Implicaties op regionaal niveau Monetaire opbrengsten 4.2.1 Relatie tussen fysieke en monetaire opbrengst
5 Economische scenario’s 5.1
5 5 5 6 6 7 7 8 8 8 8 8
Welvaartseconomische effecten
11 12 12 13 13 14 14 14 17 17
6 Onzekerheden
19
Algemene conclusie
21
Referenties
23
Bijlage 1a Bijlage 1b Bijlage 1c Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 Bijlage 5
Geografische indeling en nummering van de gridcellen Geografische verdeling van neerslag en temperatuur Data voor watergelimiteerde en potentiële productieveranderingen Berekeningsmethodiek van prijs- en welvaartseffecten Data landbouwgewassen C3/C4-gewassen Gewasverdamping
1 pp. 8 pp. 5 pp. 5 pp. 1 pp. 1 pp. 1 pp.
1
1.
Inleiding
De discussie of de aardse biosfeer momenteel CO2 opneemt of afgeeft en op welke wijze de mens de status quo verandert, is op dit moment nog in volle gang. Jaarlijks komt er ongeveer 120 gigaton (120 miljard ton) koolstof vrij door ademhalingprocessen van planten, dieren en micro-organismen. Tegelijkertijd wordt ook ongeveer 120 gigaton koolstof opgenomen door fotosyntheseprocessen. Tegen deze achtergrond is de 7 gigaton die de mens via ontbossing (1 gigaton) en het verbranden van fossiele brandstof (6 gigaton) uitstoot maar gering. Van deze 7 gigaton koolstof wordt bovendien 2 gigaton opgenomen door de oceanen. De rest komt terecht in de terrestrische biosfeer en in de atmosfeer. Ter indicatie: sinds 1750 is de CO2 concentratie gestegen van 275 ppm naar de huidige waarde van 350 ppm. Verdere stijging kan leiden tot wijzigingen in de productiviteit en de groeistrategie van planten en heeft belangrijke gevolgen voor het agrarisch landgebruik. Het kan ook leiden tot verschuivingen in regionale productiezones en tot veranderingen in de koolstof- en stikstofkringlopen van atmosfeer en bodem (Schapendonk et al., 1997).
600
CO2 concentratie (vpm)
550 500 Laag scenario
450
Hoog scenario
400 350 300 1960
Figuur 1
1980
2000
2020
2040
2060
Hoog en laag scenario voor de veranderingen in de CO2-concentratie (Alcamo et al., 1996).
Volgens het IPCC rapport 'Climate Change 1994 en 1995' is 0.64% van de mondiale CO2-emissie afkomstig uit Nederland. Op nationale schaal is de CO2-emissie verantwoordelijk voor 72% van de broeikaswerking.
1.1
Effecten van klimaatverandering op plantengroei
De toename van de CO2-concentratie beïnvloedt de plantengroei op een tweetal manieren:
2 -
-
een direct positief effect van de CO2-concentratie op de fotosynthese. Door een hogere CO2concentratie is een hogere productie mogelijk met een lager watergebruik per eenheid product. een indirect effect via een verandering van de warmtebalans van de atmosfeer. De CO2 in de atmosfeer absorbeert de warmte die door de aarde wordt uitgestraald waardoor de atmosfeer als een deken werkt. Zonder die CO2-deken zou de gemiddelde temperatuur op aarde -15°C zijn. Een toename in de concentratie veroorzaakt derhalve een vermindering van de uitstraling en daardoor een toename van de temperatuur.
Temperatuurstijging kan leiden tot een vroeger zaaitijdstip en daardoor tot een verlenging van het groeiseizoen. Anderzijds wordt door temperatuurstijging de veroudering en afrijping versneld, hetgeen een negatief effect heeft op de opbrengst doordat de totale lichtonderschepping vermindert. Een temperatuurstijging leidt tevens tot een hogere verdamping van de gewassen waardoor het besparende effect van de hogere CO2-concentratie op het waterverbruik deels wordt opgeheven. De mate waarin dit gebeurt hangt af van de hoeveelheid verdampend bladoppervlak, de veranderingen in de fysiologie van het blad, en de veranderde micro-klimatologische omstandigheden van de plant. Deze complexe interacties zijn alleen modelmatig te analyseren. In meerjarige veldproeven werd voor een aantal landbouwgewassen een uitvoerige studie verricht in 'Open Top Kamers' en in het Wageningen rhizolab. Daarin werden voor Nederlandse omstandigheden de effecten van een verdubbeling van de CO2-concentratie bestudeerd. De vastgestelde rangorde voor het CO2-effect bij verdubbeling van de concentratie op de totale bovengrondse biomassa productie was: veldboon (+56%), zomertarwe (+35%), wintertarwe (+19%) vroege aardappel (+24%), late aardappel (+30-35%), grassen (+20-25%). In het begin van het groeiseizoen was het effect van de CO2-concentratie op de fotosynthese relatief laag door de lage lichtintensiteit en lage temperatuur (Dijkstra et al., 1993). De effecten op de totale biomassa zijn ongeveer gelijk aan de effecten op de productie van zaden, knollen etc. behalve voor veldboon, zie 4.1.1. De gerealiseerde groeistimulering werkte volgens het principe van 'rente op rente' vanwege het exponentiële karakter van de groeicurve. In zo’n situatie is het CO2-effect op de totale productiviteit ondanks de lage lichtintensiteit toch aanzienlijk. Later in het seizoen verloopt de groei van exponentieel naar lineair bij volledige lichtonderschepping en als gevolg daarvan verdwijnt het rente-op-rente effect. Een toename in productie is alleen te realiseren als het CO2-effect niet leidt tot biochemische aanpassingen. Langdurige blootstelling aan een verdubbelde CO2-concentratie leidt bijvoorbeeld in een aardappelgewas tot een lagere fotosynthese-stimulering later in het seizoen (Schapendonk et al., 1995). De bladeren passen zich aan door minder bladeiwitten voor de fotosynthese aan te maken. Bij tarwe en grassen werd een dergelijke aanpassing echter niet gevonden terwijl bij veldboon zelfs een geringe toename van CO2-response werd geconstateerd aan het eind van het seizoen.
3
2.
Doelstelling
Deze studie, die gefinancierd werd door het Rijks Instituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) en het Nationaal Onderzoeks Programma Mondiale Luchtverontreiniging en Klimaatverandering (NOP), had tot doel om een modelmatige evaluatie te maken van de gevolgen van twee klimaatscenario’s, voor de productie van de belangrijkste gewassen in Nederland, zowel in fysieke als economische termen, ten opzichte van de huidige situatie. De klimaatscenario’s en de geografische detaillering werden door het RIVM aangeleverd, en waren gebaseerd op studies van Alcamo et al., (1996). Referentiepunten in de toekomst zijn 2020 en 2050 , (zie bijlage 1b).
4
5
3.
Uitgangspunten en methoden
Bij de uitwerking van de doelstellingen van de studie zijn een aantal randvoorwaarden gedefinieerd die de geldigheid van de resultaten afbakenen en tevens een indicatie geven van de onzekerheden die in de modellen voor fysieke- en economische opbrengsten zijn verdisconteerd. Eventuele bijstellingen in de gebruikte klimaatscenario’s kunnen met behulp van de ontwikkelde simulatiemodellen opnieuw worden geëvalueerd met de dan geldende parameters.
3.1
Klimatologische veranderingen
Het staat vrijwel vast dat het klimaat door menselijke factoren in de toekomst gaat veranderen. Met behulp van modellen zijn op mondiaal niveau voorspellingen gedaan die nog grote onzekerheden bevatten. De resulterende bandbreedte in de voorspelde effecten neemt sterk toe wanneer wordt gedifferentieerd naar een regionale schaal of zelfs in nog meer detail bijvoorbeeld naar grids ter grootte van 1000 km2. Zeker in een land als Nederland waar de invloed van de watertemperatuur en zeestromingen grote invloed hebben op het klimaat, is de betrouwbaarheid van voorspellingen, die voortkomen uit globale circulatie modellen, gering. Het belang van accurate weersgegevens voor opbrengstvoorspellingen is in een recente studie gekwantificeerd (Nonhebel, 1993).
3.1.1
Straling
Eventuele veranderingen in zonnestraling zijn in deze studie buiten beschouwing gelaten. Met redelijke zekerheid kan voorspeld worden dat die geringer zullen zijn dan 5%. Over mogelijke verschuivingen in geografische verdeling van straling als gevolg van veranderingen in bewolking zijn geen gegevens beschikbaar.
3.1.2
Precipitatie
Volgens de hier gebruikte scenario’s zal de totale hoeveelheid neerslag in Nederland niet veranderen (Tabel 1). Er is wel rekening gehouden met veranderingen in de geografische verdeling van de neerslag; het Zuiden wordt droger en het Noordoosten wordt natter (Bijlage 1b). De neerslagscenario’s die in deze studie zijn gebruikt, werden door de opdrachtgever aangeleverd en de impliciete onzekerheden worden verder niet bediscussieerd. Uit voorlopige gevoeligheidsanalyses is overigens wel gebleken dat de veranderingen in de verdeling van neerslag grote consequenties zouden hebben voor de uitkomsten van de studie. Met de aanname dat de luchtcirculatiepatronen niet zouden veranderen, gaat Können in een persoonlijk memorandum 'Meteorologie ten behoeve van de vierde nota waterhuishouding' (Können et al., 1997) uit van een lichte toename van de neerslag met 3% in 2050. De toename komt vooral op rekening van de winterperiode. Verder is de verwachting dat natte en droge periodes meer intens zullen worden waardoor extreme situaties zich vaker voor zullen doen. De consequenties van verandering in dagelijkse neerslag of de fasering van droge periodes kunnen aanzienlijk zijn. Extreme condities confronteren de landbouw met eisen waar de infrastructuur niet op ingesteld is waardoor naar verhouding ernstige opbrengstdervingen kunnen optreden. Een
6 evaluatie van deze effecten vraagt echter om een andere, stochastische benadering. In deze studie worden sterke fluctuaties niet verdisconteerd omdat alleen met verwachtingen voor langjarige gemiddelden wordt gewerkt.
3.1.3
Temperatuur
Schattingen voor de te verwachten temperatuurstijging in het jaar 2100 als gevolg van een toename van de atmosferische CO2-concentratie variëren van +1 tot +3.5°C. De IPCC-projecties hebben in de afgelopen jaren een gestage bijstelling ondergaan naar lagere prognoses. De onzekerheden over terugkoppeling van de opwarming van de atmosfeer door een toename van de bewolkingsgraad of door vermindering van instraling door aërosolen zijn daar debet aan. In het eerder genoemde persoonlijke memorandum (Können et al., 1997), wordt uitgegaan van een temperatuurstijging van 0.5-2°C in 2050. Deze voorspelling komt overeen met de verwachte verandering van de temperatuur in het lage scenario van het RIVM dat in deze studie is gebruikt. Het lage en het hoge scenario zijn afgeleid van een studie door Alcamo et al., 1996. Met behulp van een Global Circulation Model is een differentiatie gemaakt naar verschillende regio’s (bijlage 1b). De gemaakte indeling komt overeen met de COROP classificatie. Tabel 1
Klimaatsveranderingen gemiddeld over 24 geografische COROP grids (Bijlage 1a)
CO2-concentratie (vpm)
Neerslag (mm)
Temperatuur (°C)
Scenario
Jaar
Referentie
1990
354
794
9,3
laag
2020
425
794
10,8
hoog
2020
438
794
12,3
laag
2050
512
794
10,9
hoog
2050
566
794
12,8
3.1.4
Landgebruik en productiewaarde
Voor het onderzoek naar de effecten van klimaatverandering voor de Nederlandse landbouwproductie is een keuze gemaakt voor de belangrijkste gewassen: aardappel, gras, snijmaïs, suikerbiet en wintertarwe. Deze gewassen vertegenwoordigden in 1995 ongeveer 90% van het totale areaal landbouwgewassen. In productiewaarde gemeten is dit ongeveer een derde van de plantaardige productie (inclusief gras) (Tabel 2). De niet opgenomen gewassen zijn in productiewaarde gemeten voor de helft glastuinbouwgewassen en vollegronds tuinbouwgewassen, bloembollen, bomen en heesters en fruit.
7 Tabel 2
Oppervlakte en productiewaarde in 1995 voor verschillende gewasgroepen gebruikt in de analyse van effecten van klimaatverandering
Gewasgroep
Oppervlakte (ha)
Granen
Productie waarde milj. NLG
193700
444
Pootaardappel
37800
532
Consumptie aardappel
80200
643
Fabrieksaardappel Suikerbiet
61300
314
117700
846
Snijmaïs
230200
724
Grasland
1048500
3037
Subtotaal
1769400
6540
186800
12548
1956200
19088
Niet opgenomen gewassen Totaal
3.2
Gewas
In het werkplan van het 'International Geosphere-Biosphere Programme' , workplan 1994-1998, report nr 28 wordt de nadruk gelegd op het belang van fysiologische processen in de plant en de ontwikkeling van modellen waarin deze kennis wordt geïntegreerd. Met dit doel zijn een aantal internationale netwerken opgericht waarin binnen het programma 'Global Change and Terrestrial Ecosystems, GCTE', kennis wordt gegenereerd voor een aantal belangrijke landbouwgewassen. Op dit moment zijn er netwerken voor tarwe, rijst en aardappel. Enkele recente bevindingen van deze studies zijn in dit rapport opgenomen. Voor landbouwgewassen die behoren tot de familie van de leguminosen is geen model beschikbaar maar op basis van experimentele gegevens wordt een verwachting uitgesproken over opbrengstveranderingen voor veldboon, met de impliciete aanname dat deze effecten geëxtrapoleerd kunnen worden naar andere verwante leguminosen (Dijkstra et al., 1993).
3.2.1
Wintertarwe
In de praktijksituatie wordt wintertarwe in het najaar gezaaid en begint het eigenlijke groeiseizoen in april van het volgende jaar. Wintertarwe is zoals alle granen een gedetermineerde groeier, waar opbrengst en overgang van vegetatieve naar generatieve groei onlosmakelijk met elkaar zijn verbonden. De opbrengst wordt uitgedrukt op basis van het korrelgewicht na afrijping (veldgewicht). Het vochtgehalte in de korrel is dan 15%. De potentiële korrelopbrengst, uitgedrukt op basis van drogestof, is bij voldoende bemesting en optimale watervoorziening in Nederland ongeveer 14 ton/ha. De oogstperiode is vanaf de tweede decade in augustus.
8
3.2.2
Aardappel
Aardappelrassen verschillen in de lengte van de groeiperiode. Vroege consumptie-aardappelen worden in april gepoot en in augustus geoogst. De late aardappelen en de fabrieksaardappelen worden omstreeks dezelfde tijd gepoot maar ze worden respectievelijk geoogst in september en oktober. Aardappelen zijn droogtegevoelig. De potentiële knolopbrengsten variëren tussen 50 ton/ha voor vroege aardappelen en 95 ton/ha voor fabrieksaardappelen. Het drogestofgehalte varieert tussen 22 en 26%.
3.2.3
Suikerbieten
Suikerbieten hebben gedurende een lange tijd een onvolledige bodembedekking. De zaaidatum is begin april maar het gewas is pas eind juni geheel gesloten. Milieufactoren die de lichtonderschepping door het gewas beïnvloeden hebben daardoor een groot effect op de cumulatieve biomassaproductie. De potentiële opbrengst van de bieten is 100 ton/ha met een suikerpercentage van 16% op basis van het versgewicht en een totaal drogestofgehalte van 25%.
3.2.4
Maïs
In tegenstelling tot alle andere productiegewassen, die tot de C3-planten behoren, is maïs een C4plant (Bijlage 4). C4-planten zijn koudegevoelig en maïs wordt daarom pas in mei gezaaid. De groeiperiode is daardoor in Nederland te kort voor een goede korrelvulling. De begingroei is traag tot omstreeks half mei. In koude jaren kan volledige bodembedekking tot juli uitblijven. Maïs is bovendien gevoelig voor droogte, met name in de periode rond de bloei. De potentiële opbrengst van de totale biomassa (snijmaïs) bij oogst in oktober is 60 ton versgewicht met een drogestof percentage van 30%.
3.2.5
Grassen
Gras wordt in Nederland gebruikt voor beweiding en voor verwerking tot kuilvoer en hooi. Zowel onder een maai- als onder een beweidingsregime is de potentiële productie van het productieve grasland ongeveer 130 ton versgewicht met een drogestofgehalte van 15%.
3.3
Simulatiemodel en gewasparameterisering
De veranderingen in fysieke opbrengst zijn berekend met gewasgroeimodellen. De gebruikte groeimodellen zijn gebaseerd op LINTUL (Spitters & Schapendonk, 1990, Schapendonk et al., 1996, Bouman et al., 1996) met een CO2 afhankelijke fotosynthese subroutine volgens de benadering van Farquhar (1980). In de simulaties is uitgegaan van een optimale nutriëntenvoorziening en de afwezigheid van biotische en abiotische stressfactoren behalve watertekort en extreme temperaturen. In de simulatiemodellen is de waterbalans gebaseerd op een capaciteitsmodel en op berekeningen van bodem- en gewasverdamping volgens de PenmanMonteith vergelijking (Monteith, 1977). Gevoeligheidsanalyses werden verricht volgens de methode
9 beschreven in Stol et al., 1992. Opbrengstreducties ten gevolge van watertekort zijn proportioneel met de afname van de potentiële verdamping van het gewas als gevolg van een toename van de zuigspanning in de bodem (Van Diepen et al., 1989) (bijlage 5). Als referentiekader zijn in de onderstaande paragraaf enkele kengetallen voor de simulatieruns van de verschillende gewassen gegeven, zie ook van Heemst et al., 1978. Wintertarwe Zaaidatum: 15 oktober Oogstdatum: 8 augustus Plantdichtheid: 250 m-2; berekende gemiddelde korrelopbrengst in referentiejaar 1990; 12,7 ton vers veldgewicht (10,5 ton droog). Aardappel Pootdatum: 24 april Oogstdatum: 17 september Plantdichtheid: 4 m-2 berekende gemiddelde knolopbrengst in referentiejaar 1990; 68 ton vers (15 ton droog). Suikerbieten Zaaidatum: 1 april Oogstdatum: 15 oktober Plantdichtheid: 8 m-2 berekende gemiddelde bietopbrengst in referentiejaar 1990; 81,5 ton vers (20 ton droog). Maïs Zaaidatum: 1 mei Oogstdatum: 1 oktober Plantdichtheid: 11 m-2 berekende gemiddelde biomassa in referentiejaar 1990; 58 ton vers (17,4 ton droog). Grassen Oogstdata: vierwekelijks berekende gemiddelde biomassa in referentiejaar 1990; 130 ton vers (19,5 ton droog).
10
11
4.
Resultaten
De directe effecten van klimaatverandering op de fysieke opbrengsten in de gewasteelt in Nederland zijn geschat voor verschillende scenario's per gridcel met als referentiejaar 1990 (Bijlage 1c). De relatieve veranderingen voor de hoge en lage scenario’s in 2020 en 2050 zijn in 5 tabellen per grid en per gewas weergegeven. Alle scenario’s zijn berekend voor condities zonder watertekort en voor de situatie dat watertekorten op een realistische manier werden berekend op basis van neerslag, gewasverdamping, bodem-evaporatie en percolatie.
4.1
Fysieke opbrengsten
De hogere fotosynthese leidt tot een versnelde groei van het bladoppervlak en de hogere watergebruiksefficiëntie tot een waterbesparing waardoor gedurende droge periodes en in een vroeger stadium van de gewasgroei meer licht kan worden onderschept. Daardoor wordt de productie van biomassa extra gestimuleerd. Een verdubbeling van de CO2-concentratie leidt in de periode waarin bladeren elkaar nog niet beschaduwen (de exponentiële groeifase) tot een toename van de relatieve groeisnelheid met 15-20%. In een gesloten gewas, tijdens de lineaire groeifase, kan een verdubbeling van de CO2-concentratie theoretisch leiden tot een verhoging van de groeisnelheid gelijk aan de stijging van de fotosynthese i.e. ongeveer 30-40%, mits er geen versnelde veroudering optreedt of aanpassing aan de hogere CO2 via een terugkoppeling op de fotosynthese. Het relatief kleine effect van CO2 in de exponentiële fase wordt veroorzaakt doordat bij hoog CO2 dikkere bladeren worden gevormd waardoor er meer biomassa nodig is om eenzelfde hoeveelheid bladoppervlak te vormen als onder laag CO2.
Tabel 3
Relatieve verandering in fysieke productie per ha in Nederland in procenten in 2020 en 2050.
Gewasgroep
variant 2020 laag
variant 2050 hoog
laag
hoog
wintertarwe
103,7
104,3
105,1
107,6
pootaardappel
108,9
111,2
121,8
129,1
cons. aard.
107,4
109,7
115,7
121,6
fabrieksaardappel
109,8
112,0
124,8
132,0
suikerbiet
116,2
118,1
129,0
135,1
snijmaïs
93,1
92,2
84,0
83,8
grasland
118,2
120,6
139,6
149,1
De relatieve opbrengstveranderingen variëren van -16% voor maïs tot +49% voor grasland (tabel 3). Grassen laten een sterk progressieve toename zien met de hoogte van de verwachte CO2toename en daarmee samenhangende klimaatsveranderingen; van 18% voor het lage scenario in 2020 tot 49% in het hoge scenario voor 2050. Voor de granen is de variatie het geringst met 4 tot 7% opbrengstverhoging. Een nadere analyse van de resultaten toonde aan dat de verschillen te maken hebben met de interactie tussen de periode waarin de betreffende gewassen groeien en de klimaatsomstandigheden, met name temperatuur en neerslag.
12
4.1.1
Vergelijking met experimentele data
De rangorde van de gesimuleerde effecten komt niet geheel overeen met de experimentele resultaten zoals vermeld in paragraaf 1.1. De beschreven experimenten waren echter verricht bij een CO2-concentratie van 700 vpm, dus bij een duidelijk hogere waarde dan voor de simulatierun bij het hoogste scenario in 2050. Bovendien hebben de cijfers in paragraaf 1.1. betrekking op totale bovengrondse biomassa i.p.v verkoopbare opbrengst. Een derde verschil is de optimale watervoorziening in de experimenten terwijl de simulatieresultaten werden berekend voor de actuele neerslag, die in bijna alle gevallen de productie van de gewassen beperkte. In bijlage 1c is dit effect geïllustreerd door potentiële en watergelimiteerde productie te vergelijken. Onder condities dat water niet limiterend is, komt de gemiddelde toename van de productie in 2050 bij wintertarwe op 15%. Gezien de lagere CO2-concentratie in de simulatie zijn deze uitkomsten in goede overeenkomst met de experimentele resultaten (19% productieverhoging bij 700 ppm CO2). Voor grassen zijn nog andere factoren in het spel. Resultaten van experimenten in het Wageningen rhizolab lieten een selectieve verschuiving van de assimilatenverdeling van bovengrondse delen naar wortel en bodem. zien (Schapendonk et al., 1997). Een verhoogde CO2-concentratie stimuleert dus extra koolstofaccumulatie in ondergrondse plant delen. De koolstof komt uiteindelijk terecht in de microbiële- en organische bodemfractie. Gemiddeld over twee jaren wordt bij grassen ongeveer 40% van de netto fotosynthese in de microbiële of organische koolstof van de bodem opgeslagen. Deze fractie is afkomstig van dode wortels en stoppels en voor een deel uit excudaten die door de wortels werden uitgescheiden. In absolute zin was de accumulatie van koolstof in de bodem ongeveer 50% hoger bij een verdubbelde CO2-concentratie. Voor leguminosen is er een sterke stimulering van de totale biomassa, oplopend tot 55% bij 700 ppm CO2. De toename betrof echter voornamelijk het bladoppervlak. De productie van zaden bleef achter zodat de stimulering van de productiviteit door CO2 slechts 20% bedroeg. Bovendien zijn leguminosen zeer gevoelig voor droogte. Bij een toename van het bladoppervlakte en een stijging van de temperatuur zal dit zeer nadelig uitwerken op de productiviteit. Concluderend is de verwachting voor leguminosen, een lichte stijging van de productie ± 5-10% in natte jaren en een daling van de productiviteit in droge jaren.
4.1.2
Temperatuursinteracties
In het algemeen werkt een hogere temperatuur synergistisch met een verhoogde CO2-concentratie op de fotosynthese van bladeren (Farquhar et al., 1980). Zo blijken de effecten van extra CO2 in de winterperiode bij grassen en in het voorjaar bij wintertarwe, erg gering te zijn door de lage temperatuur en de lage lichtintensiteit. De simulatieresultaten met aardappel en tarwe toonden aan dat een verhoging van de temperatuur een verkorting van de groeiperiode teweegbrengt door een versnelde veroudering van de bladeren en bij tarwe een versnelde afrijping van zaden. De positieve effecten van een hogere temperatuur op de 'voorjaarsgroei' werd hierdoor teniet gedaan. Het negatieve temperatuureffect werd nog versterkt door een verhoogde verdamping waardoor droogte-effecten een sterkere negatieve invloed hadden. De verschillen tussen jaren en gewassen kunnen worden herleid tot verschillen in tijdstip waarop de ontwikkelingsstadia worden doorlopen, hetgeen tot verschillende interacties met omgevingsfactoren aanleiding gaf (Grashoff et al., 1995). Simulatiestudies blijken bij de interpretatie van deze interacties waardevol te zijn.
13
4.1.3
Watertekort
Bij droogtestress is er altijd interactie met CO2-concentratie en temperatuur. Verhoging van de temperatuur leidt tot een verlaging van de waterdampspanning van de atmosfeer en een verhoging van de bladtemperatuur met als gevolg een hogere verdamping. Verhoging van de CO2concentratie leidt daarentegen tot een verhoging van de 'water-use efficiency' doordat de huidmondjes zich meer gaan sluiten waardoor de verdamping afneemt, terwijl de fotosynthese hoog blijft vanwege de heersende atmosferische condities. In hoeverre deze effecten elkaar compenseren is afhankelijk van de gewasarchitectuur en microklimatologische omstandigheden. De huidmondjes in de bladeren gaan bij een hogere CO2-concentratie minder ver open. Daardoor neemt de verdamping, en dus het watergebruik, bij een gelijkblijvende temperatuur en bladoppervlak met 10 - 20% af voor de gewassen gras, tarwe, aardappel en veldboon. Omdat anderzijds de groei van het gewas bij hoog CO2 wordt gestimuleerd, zal het bladoppervlak van het gewas gemiddeld over het seizoen groter zijn, waardoor de verdamping per eenheid grondoppervlak juist toeneemt. Wat het netto resultaat zal zijn, is afhankelijk van weersinvloeden. Voor Nederlandse omstandigheden is de verwachting een (geringe) toename van de verdamping als gevolg van klimaatveranderingen. Maïs behoort tot de C4-gewassen (Bijlage 4). C4-planten vertonen geen fotorespiratie, een proces dat bij C3-planten competitief is met de fotosynthese en dat door CO2 wordt onderdrukt. In C4planten is de fotosynthese daardoor onafhankelijk van de CO2-concentratie tot zeer lage concentraties, waardoor er in principe ook geen positieve effecten op de groei zijn te verwachten. Het water besparend effect van een verhoogde CO2-concentratie blijft echter wel gehandhaafd en is zelfs wat groter dan bij C3-gewassen. Daardoor kan maïs ondanks het ontbreken van een CO2effect op fotosynthese toch harder groeien bij een beperkt wateraanbod. Die groeiversnelling leidt echter tot een groter bladoppervlak met als consequentie de eerder genoemde toename in verdamping en een uitputting van de hoeveelheid water in het bodemprofiel. Voor maïs prevaleert het bladoppervlakte-effect gezien de waargenomen gemiddelde daling van de productie in Nederland. Overigens bleek de gesimuleerde daling ook te wijten aan verschuiving van periodes met watertekort van de latere productiefase naar de meer gevoelige bloeifase van het gewas
4.1.4
Interacties met luchtverontreiniging met name ozon
In het gehele land zijn de groeiseizoensgemiddelde concentraties van O3 hoog genoeg om de gewasproductie negatief te beïnvloeden. Voor circa 20 gewassen zijn wetenschappelijk gefundeerde relaties tussen blootstelling en opbrengst bekend en is de schade met behulp van deze relaties berekend. De overige gewassen waarvoor geen relaties beschreven zijn, worden verondersteld te reageren als een gemiddeld gewas. Volgens de meest gangbare scenario’s zijn geen of zeer kleine veranderingen in de O3 niveaus tot 2020 te verwachten. Interacties met klimaatsverandering zijn waarschijnlijk niet additief. Een verhoogde CO2-concentratie beschermt de fotosynthese processen tegen beschadiging door O3 maar voorlopig zijn er geen aanwijzingen dat dit ook geldt voor de productiviteit (Mulholland et al., 1997). Dit wordt veroorzaakt doordat O3 een beschadiging van de bovengrondse groeiende delen veroorzaakt waardoor de geproduceerde assimilaten geen 'sink' meer aantreffen. Bij tarwe is onder dergelijke omstandigheden een verhoging van de wortelgroei gevonden als een soort 'bypass' (Mc Kee et al., 1997). Voor planten waar ondergrondse delen worden geoogst (suikerbiet en aardappel) zou dit juist een bijkomend voordeel zijn. Hierover zijn geen gegevens in de literatuur beschikbaar.
14 Concentraties van SO2 en NOx zijn in de wintermaanden in heel Nederland en in de zomermaanden in enkele provincies te hoog. Voor het huidige niveau van luchtverontreiniging is de schade berekend en vervolgens zijn de consequenties vastgesteld van twee varianten (laag: SO2 naar 40% en NOx naar 80%) ten opzichte van het referentiejaar; hoog: SO2 naar 190% van referentiejaar en NOx naar 115%). De grootste economische schade wordt gevonden bij gras en snijmaïs. Interacties met CO2-concentratie en temperatuur zijn niet bekend. Een studie naar de effecten van luchtverontreiningscomponenten wordt momenteel uitgewerkt door Tonneijck et al., 1998.
4.1.5
Implicaties voor regio
In bijlage 1c zijn de watergelimiteerde en de potentiële opbrengstveranderingen per gridcel weergegeven voor de verschillende berekeningen. Met name de teruggang van de maïsopbrengst wordt bepaald door veranderingen in de periode waarin neerslag valt en de regionale verschillen in de neerslagpatronen. In het Noordoosten zijn de prognoses dat de opbrengst vrijwel constant zal blijven terwijl in het Zuiden opbrengstdalingen tot 30% zijn te verwachten. De reden dat dit dermate manifest is voor maïs wordt veroorzaakt door de relatief korte groeiperiode van maïs en de verschuiving van periodes met weinig neerslag naar de gevoelige ontwikkelingsfase van maïs. Overigens is de trend als gevolg van verschuiving in neerslag ook voor de ander gewassen duidelijk waarneembaar: een duidelijke waterlimitering in het Zuiden in vergelijking met die in het Noordoosten.
4.2 -
-
-
Monetaire opbrengsten
De berekende fysieke opbrengstveranderingen voor wintertarwe zijn gebruikt als uitgangspunt voor alle granen die in Nederland verbouwd worden. Het argument is de grote fysiologische overeenkomst tussen de verschillende soorten. De economische evaluatie voor de verschillende aardappelgewassen zijn eveneens gebaseerd op gesimuleerde fysieke opbrengstveranderingen voor één aardappelsoort. Specifieke variatie tussen soorten is dus niet meegewogen. Overigens is de verwachting dat deze variatie gering zal zijn. De monetaire opbrengstveranderingen zijn berekend op basis van de veranderingen in fysieke opbrengst per gridcel. Die data zijn per provincie berekend en vervolgens geaggregeerd naar nationaal niveau. De procentuele opbrengstveranderingen zijn omgerekend naar veranderingen in fysieke productie met als referentie de agrarische productie gedurende de periode 1990 tot 1995.
4.2.1
Relatie tussen fysieke en monetaire opbrengst
Verandering in fysieke opbrengsten hebben welvaart-economische effecten. Immers met andere klimatologische omstandigheden kan met de inzet van dezelfde hoeveelheid productiemiddelen meer of minder geproduceerd worden. De verdeling van het economisch voordeel hangt af van de prijsvorming. Verondersteld is dat het areaal als exogeen is gegeven. Hiermee is het aanbod dus volledig prijsinelastisch. De prijsverandering hangt af van de vraagcurve. Drie categorieën kunnen worden onderscheiden. Allereerst de gewassen waarvan de prijs bepaald wordt door overheidsingrijpen: de zogenaamde marktordeningsgewassen zoals granen, suikerbieten en
15 fabrieksaardappelen. Deze gewassen kunnen volledig tegen een door de overheid gegarandeerde prijs worden afgezet. Het voordeel -producenten surplus- gaat dan volledig naar de producent. De prijsvorming van de tweede groep gewassen, de veevoedergewassen, wordt geheel beïnvloed door de eerste groep. Hogere opbrengsten van gras en/of maïs betekenen minder aankoop van veevoer, waarvan de prijsvorming grotendeels afhangt van het graanbeleid. Ook hier gaat het voordeel volledig naar de producent. De vrije gewassen zijn de derde groep: de prijsvorming komt op de markt tot stand. Een groter aanbod betekent een lagere prijs. In deze studie vallen uitsluitend de poot- en consumptieaardappelen in deze categorie. Bij aardappelen daalt de productiewaarde (monetaire omzet) bij een grotere fysieke productie. De baten gaan dus naar de consumenten, terwijl de producenten er in dit geval erop achteruitgaan. Afhankelijk van de prijselasticiteit kan de productiewaarde bij een verandering van het aanbod stijgen dan wel dalen. De mate van prijsverandering bepaalt mede de verdeling van het voordeel tussen de consumenten en producenten. Bij de berekening van het effect van klimaatverandering is niet uitgegaan van constante arealen. De arealen van het EC scenario uit de milieuverkenningen zijn als exogeen gehanteerd. De methodische aanpak voor de bepaling van de economische waardering is aangegeven in bijlage 2. In bijlage 3 is een korte verantwoording van de databronnen aangegeven.
16
17
5.
Economische scenario’s
Duidelijk bleek dat de klimaatsverandering voor alle gewassen, behalve snijmaïs een positief effect had op de fysieke opbrengst (bijlage 3). In tabel 1c is dit verder uitgewerkt in een gedetailleerde geografische verdeling voor veranderingen in productiviteit per gridcel. Aangezien voor de meeste gewassen is uitgegaan van prijzen, die door het landbouwbeleid zijn gegarandeerd, hebben de producenten het volledige voordeel van de opbrengststijging of nadeel in het geval van snijmaïs. Bij consumptie- en pootaardappelen daarentegen treden prijsdalingen op als gevolg van een toegenomen productie. In tabel 4 zijn de berekende economische consequenties voor het jaar 2020 in vergelijking met de huidige situatie aangegeven. Gezien de veranderingen in productie kan niet uitgegaan worden van een gelijkblijvend areaal. Door de opdrachtgever werden de te verwachten areaalsveranderingen opgegeven. De veranderingen zijn dus een gecombineerd effect van een andere productie per ha alsmede een andere oppervlakte. Een afname van het totale landbouwareaal met 12 procent (uitgangspunt) wordt grotendeels gecompenseerd door een hogere productie. Als totaal daalt de productiewaarde voor alle producenten tezamen licht. De akkerbouwers gaan er vooral op achteruit, evenals de telers van snijmaïs. Bij consumptie- en pootaardappelen is de lagere prijs de oorzaak en bij snijmaïs de dalende productie. De sterke stijging bij grasland met een aanzienlijk aandeel in de productiewaarde compenseert grotendeels de verliezen van de gewassen. De positieve bijdrage van fabrieksaardappelen is beperkt vanwege het relatief kleine aandeel van het gewas in de totale productiewaarde. Tabel 4
Omvang van areaal en productiewaarde in 2020 in procenten van 1995.
areaal
areaal (%)
granen
64
productiewaarde variant 425
437
(laag scenario)
(hoog scenario)
67
67
pootaardappelen
116
98
98
consumptieaardappelen
105
92
91
fabrieksaardappelen
95
104
106
suikerbieten
75
87
89
snijmaïs
100
93
92
grasland
92
109
111
totaal
88
99
100
5.1
Welvaartseconomische effecten
Veranderingen in opbrengstrendement hebben welvaartseconomische effecten omdat met dezelfde hoeveelheid productiemiddelen meer geproduceerd kan worden. De producent kan meer afzetten en de consument wordt verondersteld meer te consumeren Het totale welvaartseconomische effect berekend voor het jaar 2020 is voor zowel het lage als het hoge scenario positief. Met betrekking tot de onderscheiden actoren gaan de producenten er op achteruit en de consumenten (afnemers)
18 er op vooruit (tabel 5). Voor het jaar 2050 worden nog grotere veranderingen in gewasproductiviteit (tabel 3) verwacht. Die zullen een belangrijke invloed hebben op het landgebruik en de verdeling van landbouwgronden over de verschillende gewassen. Met deze dynamische effecten is in deze studie geen rekening gehouden evenmin als met interacties met internationale veranderingen in vraag en aanbod van landbouwproducten. Met de impliciete aanname dat het totale areaal en de verdeling van het landgebruik in 2020 en 2050 hetzelfde zouden blijven, werken de berekende fysieke opbrengsteffecten van klimaatverandering versterkt op de verwachte economische effecten. Deze aspecten zijn dermate onzeker dat werd besloten om de fysieke effecten voor dat jaar niet om te rekenen naar economische consequenties. De areaalsveranderingen bij granen en suikerbieten worden in het jaar 2020 niet gecompenseerd door de grotere fysieke productie per ha, waardoor de productiewaarde afneemt. Tabel 5
Economische verschuivingen in opbrengstramingen (Miljoen gulden)
Gewasgroep
laag 2020 consumenten
granen
0
hoog 2050 producent -158
consument
producent
0
-147
pootaardappel
134
-11
146
-12
cons. aard.
126
-52
147
-60
fabrieksaardappel
0
14
0
20
suikerbiet
0
-109
0
-97
snijmaïs
0
-50
0
-56
grasland
0
266
0
334
260
-100
293
-18
Totaal
Bij poot- en consumptieaardappelen daalt de productiewaarde omdat de prijs harder daalt dan de fysieke productie stijgt. De fysieke productie stijgt door een groter areaal en meer productie per oppervlakte eenheid. Het economisch voordeel komt bij de consumenten terecht. Dit zijn de enige twee vrije marktgewassen waarbij prijseffecten optreden. Bij fabrieksaardappelen en gras treedt een omzetvergroting op ondanks een inkrimping van het areaal. De fysieke productie per hectare neemt meer toe. Bij snijmaïs daalt de productie, uitsluitend als gevolg van lagere opbrengsten vanwege klimaatsveranderingen. De omzet bij de producenten daalt met ruim 3 procent bij de lage variant en verandert nauwelijks bij de hoge variant. In beide gevallen gaan de consumenten er het meest op vooruit.
19
6.
Onzekerheden
De Nederlandse landbouw onderscheidt zich van die in de meeste andere landen door de intensiteit van bodemgebruik ten gevolge van de hoge grondprijzen. Daarom ligt het economisch optimum voor teeltkundige en technologische investeringen relatief hoog, waardoor snel en effectief op veranderingen in teeltomstandigheden, milieu-eisen en wisselingen van de markt moet worden ingespeeld. Dit impliceert tevens dat de Nederlandse landbouw relatief goed is toegerust om, binnen bepaalde marges, aan langzame klimaatveranderingen het hoofd te bieden, door aanpassing van teeltmaatregelen en gewaskeuze. De effecten die hier vermeld zijn moeten tegen deze achtergrond worden gewogen. Deze studie heeft aangetoond dat het met modelstudies mogelijk is om interacties tussen klimaatfactoren en gewasopbrengst te kwantificeren en te kapitaliseren. Temporele en ruimtelijke variatie van klimaatsfactoren hebben een grote invloed op de te verwachten effecten. De gedane voorspellingen zijn in feite even hard als de gebruikte klimaatscenario’s. Deze scenario’s zijn, zeker voor een klein gebied als Nederland, onzeker. Economische ontwikkeling De uitgangspunten voor de economische berekeningen zijn gebaseerd op de kennis en de economische verhoudingen in het begin van de jaren negentig. Een heroriëntatie van de landbouwpolitiek kan leiden tot een andere prijsgaranties voor de in beschouwing genomen gewassen. Ook verschuivingen in vraag door gewijzigde samenstelling en omvang van de bevolking, en veranderingen in het welvaartsniveau kunnen tot ander prijsvergelijkingen leiden. De agrarische sector zal hierop reageren met veranderingen in het productieplan waarbij de introductie van nieuwe warmteminnende gewassen, bijvoorbeeld zonnebloem of druif een rol kan gaan spelen. Nutriënten tekort In het algemeen geldt dat een tekort aan voedingsstoffen, het positieve effect van een CO2verhoging aanzienlijk zal verkleinen (Wolf, 1996). Bij een zeer lage CO2-concentratie (180 vpm) was er geen verschil tussen de fotosynthesesnelheid van bladeren met een stikstofgehalte van 3.7% en 4.5%. Bij een sterke verhoging van de CO2-concentratie tot 980 ppm neemt de fotosynthese in bladeren met 3.7% stikstof toe met 48% maar in bladeren met 4.5% stikstof met 80%. Dit impliceert dat voor een optimale benutting van de CO2-verhoging, hogere eisen gesteld moeten worden aan de bemesting. Beperkende maatregelen voor bemesting hebben derhalve consequenties voor het te verwachten effect. Voor een deel wordt de grotere vraag naar nutriënten onder hoog CO2-gehalte gecompenseerd door het lagere stikstofgehalte van de biomassa. Dit bleek duidelijk uit experimenten met tarwe en veldboon bij een optimale stikstofgift. De stikstofgehalten waren in alle plantorganen lager. De totale hoeveelheid stikstof, die bij een verdubbelde CO2-concentratie werd opgenomen was echter hoger door de toename van de groei en de exploitatie van een groter bodemvolume, als gevolg van een groter wortelstelsel. Uiteraard geldt dit alleen als in de betreffende bodemlagen ook voldoende stikstof aanwezig is. Watertekort Bij hogere temperaturen kan de lucht meer vocht bevatten. Hierdoor neemt, bij gelijkblijvend absoluut vochtgehalte, de drogende werking van de atmosfeer toe. De watervoorraden in de bodem zullen afnemen en periodes met een watertekort zullen intenser en langer worden (Maurits la Riviere, 1990). Voor gebieden bedekt met een vegetatie wordt de toename in de potentiële evapo-transpiratie enigszins gecompenseerd doordat planten bij een verhoogde CO2-concentratie
20 efficiënter met water omgaan (De Wit, 1958). Daardoor zal de verdamping en dus het watergebruik bij een gelijkblijvend bladoppervlak afnemen met 10-20% voor C3-gewassen en 25-35% voor C4gewassen. Omdat de groei van het gewas bij hoog CO2 wordt gestimuleerd zal het bladoppervlak in de regel echter groter zijn, waardoor de verdamping per eenheid grondoppervlak in de beginfase van de gewasontwikkeling juist sneller zal toenemen. Het netto resultaat is sterk afhankelijk van weersinvloeden maar het is waarschijnlijk dat in Nederland de verdamping weinig zal veranderen, zeker in vergelijking met andere onzekere invloeden op de hydrologische cyclus. Zo kan tengevolge van de temperatuurafhankelijke toename van de bewolking de instraling afnemen. Als vuistregel geldt dat een instralingsafname van 1% een productieverlies geeft van 0.5-1.5%. Evenmin zijn de lange termijn effecten op de runoff van grote rivieren of de hoogte en de kwaliteit van het grondwater bekend. In 2050 zal er in Europa een sterke toename zijn van landbouw areaal waar water limiterend is. Waarschijnlijk is de situatie in Noord-Europa gunstiger dan in Zuid-Europa maar de problemen zullen zich waarschijnlijk ook in Nederland manifesteren. Temperatuursextremen Bij een toename van de temperatuur zal ook de frequentie van extreem koude perioden afnemen. Dit zal met name voor vorstgevoelige gewassen en voor warmteminnende C4-gewassen, zoals maïs, positief zijn. Wel zijn er negatieve effecten te verwachten op de zaadproductie van wintergranen en weidegrassen, zoals engels raaigras. Deze hebben een koude-periode in de winter nodig voor normale bloei en zaadvorming. Korte perioden van extreem hoge temperaturen in het groeiseizoen geven aanleiding tot droogtestress en gedeeltelijke steriliteit. Ook treedt er vaak een snellere afrijping op bijvoorbeeld bij granen, waardoor het groeiseizoen wordt verkort en de productie zal afnemen. Concurrentie met onkruiden Alhoewel de plantengroei onder verhoogd CO2 wordt gestimuleerd, reageren niet alle soorten op dezelfde manier. Door de soortspecificiteit zijn veranderingen in de concurrentie tussen gewassen en onkruiden moeilijk te voorspellen. Ziekten en plagen Gezien de tendens voor een verminderde inzet van bestrijdingsmiddelen is de interactie tussen klimaatsverandering en de vatbaarheid van een gewas voor diverse aantastingen van groot belang. Mildere winters bieden grotere overlevingskansen aan diverse plantpathogenen en insecten. Een versnelde ontwikkeling van deze biotische stressfactoren kan een vroegere en daardoor een grotere aantasting geven. Daarnaast kan een invasie van plagen uit mediterrane of tropische gebieden niet worden uitgesloten. Gedurende het groeiseizoen zullen verschillende ziekten bij een hogere temperatuur sneller een kritische grens bereiken dan bij lagere temperatuur. Een toename van de neerslag geeft een grotere kans op schimmelinfecties. Omdat de grotere neerslag waarschijnlijk niet voldoende zal zijn om voor de toegenomen verdamping te compenseren, zal een schijnbaar paradoxale situatie ontstaan van langere perioden dat de plant nat is, gecombineerd zijn met langere perioden van watertekort, hetgeen de vatbaarheid voor ziekten nog versterkt. Het watertekort aanvullen door irrigatie is, gezien de verwachtte daling van de grondwaterspiegel, een kostbare en uit milieu oogpunt dubieuze optie. De stijging van de zeespiegel is in dit verband, ironisch genoeg, een extra bezwarende factor door de versnelde infiltratie van zout water in het grondwaterreservoir.
21
Algemene conclusie De gebruikte klimaatscenario’s leiden beide tot een toename van de potentiële productie. De fysieke meeropbrengst (in de range van het lage scenario in 2020 tot het hoge scenario in 2050) is het grootst voor grassen (18 - 50%) en neemt af in een reeks suikerbiet (16 - 35%), aardappel (7 32%), wintertarwe (4 - 8%) en maïs ( -7 tot -16%). De monetaire effecten zijn tegengesteld voor de beide voedergewassen grassen en maïs. Een toename van de productiewaarde van ƒ 250-350 miljoen in 2020 voor grassen en een afname van 50 - f 60 miljoen voor maïs. In beide gevallen betreft het de producent, die de winst respectievelijk het verlies krijgt te verwerken. Ook de granen en suikerbieten tenderen naar lagere financiële opbrengsten. Een verlies van 100 tot 150 miljoen is te verwachten. Het positieve bericht is aan de afnemers voorbehouden. Die zullen een lagere prijs gaan betalen voor pootaardappelen en consumptie-aardappelen. Een post die ƒ 120 - ƒ 150 miljoen zal belopen. Het is te verwachten dat negatieve ontwikkelingen bijvoorbeeld bij maïs zullen worden gecompenseerd door de ontwikkeling van nieuwe geniteurs. Omgekeerd zullen de schattingen van de positieve effecten enigszins moeten worden bijgesteld vanwege fysiologische acclimatie en onvoorspelbare veranderingen van extreme weerscondities. De veranderingen in neerslag en aanvoer van water via de rivieren gekoppeld aan verdamping en grondwaterstand, kortom de hydrologische effecten, zullen in elk geval een cruciale factor blijken te zijn voor de te verwachten effecten.
22
23
Referenties Alcamo, J., G.J.J. Kreileman, J.C. Bollen, G.J. van den Born, R. Gerlagh, M.S. Krol, A.M.C. Toet and H.J.M. de Vries, 1996. Baseline scenarios of global environmental change. Global Environmental Change Volo. 6 , 261-303. Bouman, B.A.M., A.H.C.M. Schapendonk, W. Stol & D.W.G. van Kraalingen, 1996. Description of the crop growth model LINGRA as implemented in CGMS. Wageningen : DLO-Research Institute for Agrobiology and Soil Fertility ; Wageningen: The C.T. de Wit Graduate School for Production Ecology. - (Quantitative Approaches in Systems Analysis, No. 7), 56 pp., 4 App. Diepen, C.A. van, J. Wolf, H. van Keulen & C. Rappoldt, 1989. WOFOST: a simulation model of crop production. Soil Use and Management 5: 16-24 Dijkstra, P., A.H.C.M. Schapendonk and K. Groenwold, 1993. Effects of CO2 enrichment on canopy photosynthesis, carbon economy and productivity of wheat and faba bean under field conditions. In: Climate Change; crops and terrestrial ecosystems 9-11-93. (eds. S.C. Van de Geijn, J. Goudriaan & F. Berendse). pp 23-41. Farquhar, G.D., Von Caemmerer, S. and Berry, J.A., 1980. A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species. Planta 149, 78-90. Grashoff, Cees, Paul Dijkstra, Sanderine Nonhebel, Ad H.C.M. Schapendonk & Siebe C. Van de Geijn, 1995. Effects of climate change on productivity of cereals and legumes; model evaluation of observed year-to-year variability of the CO2 response. Global Change Biology 1, 417-428. Heemst H.D. van H. van Keulen en H. Stolwijk, 1978. Potentiële productie, bruto en nettoproductie van de Nederlandse landbouw. Verslagen Landbouwkundig Onderzoek (Agric. Res. Rep.) 879. 25pp Können, G.P., W. Fransen, R. Mureau, 1997. Memorandum. Meteorologie ten behoeve van de “Vierde Nota Waterhuishouding” 37pp. Maurits la Riviere, J.W., 1990 Threats to the word’s waters. In. Managing planet earth. Readings From Scientific American Magazine. W.H. Freeman&Co., New York. p37-48. Monteith, J.L., 1977. Climate and the efficiency of crop production in Britain. Phil. Trans. Royal Soc. London, Series B, 281:277-294 Mulholland, B.J., J. Craigon, C.R. Black, J.J. Colls, J. Atherton and G. Landon, 1997. Journal of Experimental Botany 48, 113-122. McKee, J.F. Bullimore and S.P. Long, 1997. Will elevated CO2 concentrations protect the yield of wheat from O3 damage? Plant, Cell and Environment 20, 77-84. Nonhebel, S., 1993 The importance of weather data in crop growth simulation models and assessment of climatic change effects. ISBN 90-5485-114-7. Thesis 144pp Schapendonk A.H.C.M., W. Stol, D.W.G. van Kraalingen and B.A.M. Bouman, 1996. Description of LINGRA, a model approach to evaluate potential productivity’s of grasslands in different European climate regions. In: Description of the growth model LINGRA as implemented in GCMS. Quantitative Approaches in Systems Analysis 7: 11-23. Schapendonk, A.H.C.M., C.S. Pot and J. Goudriaan, 1995. Simulated effects of elevated carbon dioxide concentration and temperature on the productivity of potato. Interaction with cultivar differences for earliness. In: Ecology and modeling of potato crops under conditions limiting growth. A.J. Haverkort and D.K.L. Mac Kerron, eds. Kluwer Academic Publishers pp 101-117. Schapendonk, A.H.C.M., P Dijkstra, J Groenwold, C.S Pot and S.C. van de Geijn, 1997. Carbon balance and water use efficiency of frequently cut Lolium perenne L. swards at elevated carbon dioxide. Global Change Biology 3, 207-216.
24 Spitters, C.J.T. and A.H.C.M. Schapendonk, 1990. Evaluation of breeding strategies for drought tolerance in potato by means of crop growth simulation. Plant and Soil 123, 193-203. Stol, W., D.I. Rouse, D.W.G. Van Kraalingen & O. Klepper, 1992. FSEOPT, a FORTRAN program for calibration and uncertainty analysis of simulation models. Simulation report CABO-TT, 24. CABO-DLO, Wageningen, The Netherlands. 23 pp. + appendices. Tonneijck A.E.G., L.J. van der Eerden, J.H.M. Wijnands, F. Bunte, J. Bremmer en M.W. Hoogeveen, 1998 Economische aspecten van het effect van luchtverontreiniging op de gewasteelt in Nederland. NOP-report… (in press) Wit, C.T. de, 1958. Transpiration and crop yields.Verslagen van landbouwkundige onderzoekingen, 64: 1-88. Wolf J., 1996. Effects of nutrient (NPK) supply on faba bean response to elevated atmospheric CO2. Netherland Journal of Agricultural Science 44: 163-178
Naslagwerken Climate change and agricultural productivity. In: Climate Change Research: Evaluation and policy implications. S. Zwerver, R.S.A.R. van Rompaey, M.J.T. Kok and M.M. Berk (Eds.), pp 709713. Climate Change and Agriculture in Europe. Assessment of impacts and adaptations. Res report 9. P.A. Harrison, R.E. Butterfield amd T.E. Downing. eds., Oxford, UK. Kameronderzoek klimaatverandering. Tweede Kamer, vergaderjaar 1995-1996, 24 695, nrs 2-3 International Geosphere-Biosphere Programme, workplan 1994-1998, report nr 28.
I-1
Bijlage 1a Geografische indeling en nummering van de gridcellen Breedt e 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Lengt e
40
20 11
51
52
53
42
43
44
52,5
34
35
52,0
30
31
32
33
21
22
23
24
14
15 6
54
53,0
51,5 16
51,0 50,5
Geograf ische verdeling van Nederland in coördinat en
I-2
I-3
Bijlage 1b Geografische verdeling van neerslag en temperatuur
I-4
I-5
I-6
I-7
I-8
I-9
I-10
I-11
I-12
I-13
Bijlage 1C Data voor watergelimiteerde en potentiële productieveranderingen Aardappel
2020
2050
laag Grid
hoog
potentieel
waterlim
potentieel
laag
hoog
waterlim
potentieel
waterlim
potentieel
waterlim
6
108,9
101,2
111
102,9
120,6
100,1
123,5
104,5
11
116,1
107,2
118,4
109,2
126,7
108,4
134,2
115,8
14
113,8
105,8
116,3
108,2
123
106,2
129,5
111,2
15
113,7
106,6
116,1
108,9
122,7
106,7
129,5
109,1
16
109,6
105,4
111,5
108,1
121,4
107,6
124,4
109,9
20
116,4
109,4
118,5
111,4
127,4
115,1
134,8
119,4
21
111,5
105,9
114
107,8
126,1
115,6
133,2
120,7
22
109,5
104,6
111,4
106,7
122,6
113,6
125,7
118,7
23
114
107,9
116,2
110,4
123,1
113,5
129,8
119,6
24
109,6
105,7
112
108,7
122,2
112,5
125,4
116,4
30
111,4
110,3
113,7
112,6
126,9
126,6
130,8
133,3
31
111,2
109,2
113,5
110
126,7
123,4
130,6
121,7
32
110,2
105,6
112,2
109,5
122,9
109,9
129,6
123,1
33
110,1
108,4
112,4
110,7
124,2
122,2
130,5
128
34
110,8
110,9
112,9
112,9
125
126,5
130,9
133,7
35
111,1
112,1
113,5
114,5
125
126,6
131,1
132,1
40
116,5
112
119,2
114,6
129,3
125,8
137
134
42
111,7
108,9
114,3
111,5
127,2
125
134,7
133,5
43
111
108,7
113,2
110,9
121,9
121,3
128,5
129,4
44
111,3
110,4
113,4
112,5
126,3
126,8
132,4
133
51
112
108,4
114,1
110,4
127,4
124
134,5
132,4
52
111,9
109,1
113,8
110,8
127
123,4
133,8
131,5
53
111,9
110,1
114,4
112,4
126,9
126,1
133,7
133,8
54
111,4
109,9
113,9
112,4
125,8
126,5
132,5
133,8
I-14 Gras
2020
2050
laag Grid
6
hoog
laag
potentieel
waterlim
potentieel
waterlim
potentieel
hoog waterlim
potentieel
waterlim
118,4
118,4
120,8
120,8
139,9
139,9
149,3
149,3
11
120
120
122,3
122,3
141
141
150,6
150,6
14
118,8
118,8
121,1
121,1
140,1
140,1
149,9
149,9
15
118,8
118,8
121,3
121,3
140,2
140,2
149,8
149,8
16
118,5
118,5
121,1
121,1
139,8
139,8
149,7
149,7
20
120
120
122,2
122,2
140,9
140,9
150,2
150,2
21
120,2
120,2
122,4
122,4
141,1
141,1
150,6
150,6
22
118,5
118,5
120,8
120,8
139,8
139,8
149,2
149,2
23
118,7
118,7
121,2
121,2
139,9
139,9
149,3
149,3
24
118,4
118,4
120,9
120,9
139,9
139,9
149,8
149,8
30
119,5
119,5
121,9
121,9
140,9
140,9
150,4
150,4
31
119,5
119,5
122
122
140,5
140,5
150,2
150,2
32
118,3
118,3
120,8
120,8
139,3
139,3
148,7
148,7
33
118
118
120,4
120,4
139,3
139,3
148,7
148,7
34
117,2
117,2
119,4
119,4
138,7
138,7
147,9
147,9
35
117,5
117,5
119,7
119,7
138,9
138,9
148,9
148,9
40
119,3
119,3
121,8
121,8
140,7
140,7
150,2
150,2
42
118,7
118,7
120,8
120,8
140,1
140,1
149,5
149,5
43
117,8
117,8
120
120
139,4
139,4
148,7
148,7
44
117,2
117,2
119,6
119,6
139
139
148,2
148,2
51
117,7
117,7
120,5
120,5
139,5
139,5
149
149
52
117,5
117,5
120,3
120,3
139,4
139,4
148,8
148,8
53
117,4
117,4
119,9
119,9
139,2
139,2
148,4
148,4
54
117,3
117,3
119,7
119,7
139,1
139,1
148,6
148,6
I-15 Maïs
2020
2050
laag Grid
6
hoog
laag
potentieel
waterlim
potentieel
waterlim
potentieel
hoog waterlim
potentieel
waterlim
92,1
81,1
91,1
79,8
82,6
69,1
80,1
69,2
11
96
83,9
95,4
82,4
88,8
71,4
86,7
73,3
14
92,3
87,5
91,8
86,7
83,9
75,5
81,2
75,7
15
92,2
88,5
91,7
87,8
83,8
76,2
81,3
74,6
16
93,8
90,2
92,8
89,1
84,8
80,2
81,7
78,2
20
96,5
85,6
95,7
84,2
89,7
75,7
87,7
74,7
21
96,5
85,7
95,6
84,2
89,3
75,4
86,7
74,5
22
94,6
89,1
93,3
87,8
86
79,5
83,6
81,2
23
93,3
90,5
92
89,5
84,4
82,6
81,9
83,3
95,3
90,6
94,5
89,9
86,5
81,1
84,1
82,5
92,9
102,3
91,7
95,8
82,6
94,3
82,7
24 30
103
31
102,5
91,4
101,9
88,8
95,6
79,4
93,8
75,8
32
96,7
86,9
95,5
87,4
87,9
76,8
85,3
79,9
98,5
33
90,9
97,8
90,1
90,2
83,6
87,6
83,2
34
101
95,4
99,6
93,9
92
88,3
89
87,7
35
101,1
97,1
100,6
96,7
92
91,6
88,8
91,4
40
105,7
96,6
105,5
95,4
99,9
85,6
98
84
42
106,1
106,2
100,9
99,1
92,1
96,6
90,6
43
104,3
98,2
103,5
97,5
95,8
89,3
93,2
88,9
44
106,6
104,7
106,2
104,4
99,4
95,4
96,2
93,5
51
107,3
101
107,4
100,5
100,8
91,4
97,9
89,5
52
106,7
101,9
106,3
101,4
99,6
91,2
96,5
89,1
53
107,5
104,2
107,4
103,9
100,4
94,3
97,5
92,5
54
106,8
103,3
106,8
103,5
99
94,7
96,4
93,3
101
I-16 Suikerbiet
2020
2050
laag Grid
hoog
laag
hoog
potentieel
waterlim
potentieel
waterlim
potentieel
waterlim
potentieel
waterlim
6
119,7
109,9
122,2
111,9
136,4
107,7
142,8
113,2
11
119,7
109,1
122,7
110,8
139,2
109,6
146,7
114,9
14
118,2
111,3
120,7
112,3
135,4
111,1
142,3
115,3
15
118,1
111,3
120,7
112,3
135,4
111,8
142,3
114,5
16
119,9
116,4
122,5
117,6
137,6
118,9
143,2
123,8
20
119,7
111,6
122,7
113,6
139,8
117,3
146,1
119,8
21
119,7
111,1
122,3
112,5
139
117,5
146,1
120,6
22
120,1
114,5
121,3
115,9
137,4
120,7
144,6
124,9
23
118,2
114,8
120,7
116,4
136,4
119,5
142,4
123,7
24
120
116,3
121,7
118,2
137,8
122,9
144,2
129,6
30
121
116,7
124,1
118,9
141,9
136,6
149,6
144,1
31
121
114,9
124,1
115,9
141,2
132,5
149,7
130
32
120,7
114,2
122
117
138,7
118
146,2
131,2
33
120,5
117,3
122,2
119,1
140,2
134,8
146,5
139,5
34
121,3
119,8
122,3
121
139,9
143,2
147,3
150,1
35
121,3
122,6
122,5
124,2
141,1
146,5
147,9
153,2
40
121,9
115,9
124,7
117,8
143,5
134,8
151,8
142,6
42
121,3
121,3
123,7
123,8
143,7
145,1
151,4
153,6
43
120,7
120,9
123,1
123,4
142
143,9
149,2
152,5
44
122,3
123,7
123,6
125,4
143,4
147
151,6
155,2
51
121,4
118,2
124,3
120,6
144,6
139,9
152,5
148
52
121,1
116,9
123,9
119,3
143,4
137,6
151,6
145,8
53
121,2
121
124
123,4
143,6
144,7
151,9
153
54
122,4
124,7
124
127,1
144,1
150,1
152,3
159,6
I-17 Tarwe
2020
2050
laag Grid
potentieel
hoog
waterlim
potentieel
laag
waterlim
potentieel
hoog
waterlim
potentieel
waterlim
6
107,7
104
109
105,5
112
103,1
115,3
104
11
106,6
101,4
107,1
101,2
111
102
113,4
104,5
14
106,1
95,6
107,1
96,2
110,3
93
114,8
96,6
15
106,3
95,5
107,5
95,3
110,5
93,8
114,9
97,2
16
107,4
99,3
108,9
100,4
111,1
98,2
114,9
100,9
20
106,8
101,9
108,6
103,3
111
102,8
114,5
105,1
21
105,7
103,6
106,3
103,6
110,8
106,7
113
108,2
22
106,5
101,1
107,4
101,9
110,3
99,6
114,4
101,2
23
105,5
96,2
107,7
96,8
110
93,8
114,5
97
24
106,5
100,8
107,4
101,3
111,4
99,4
114
100,2
30
107,3
105,1
108,4
106,2
112
103,7
116,7
107,2
31
107,3
104,3
108,5
104
112,9
105,8
32
106,6
100,7
108
102,4
111,6
99,7
115,2
106,5
115
103,9
33
107,1
106
108,5
106,4
112,5
105,6
114,8
106,8
34
107,2
106,5
109,2
108,4
112,6
107,8
116
109,3
35
106,9
105,2
109
107,5
111,6
105,2
114,8
108,4
40
107,4
106,5
108,8
108,1
112,9
110,9
116
114,1
42
107,5
106,8
108,1
107
112,4
110,9
116
113,9
43
106,5
105,3
108,4
107,2
111,9
107,4
115,3
108,5
44
106,8
106,7
108,3
107,9
112,7
110,7
116
114,7
51
107,4
107,7
108
107,9
112,3
112,1
116,2
115,2
52
107,3
108,3
108,1
108,7
112,6
112,2
115,3
114,8
53
107,1
107,8
108,9
109
112,8
111,4
115,8
114,9
54
107,5
108,2
108
108,5
111,9
111,2
115,1
114,9
II-1
Bijlage 2 Berekeningsmethodiek van prijs- en welvaartseffecten In deze studie worden de prijs- en welvaartseffecten van klimaatverandering voor akkerbouwgewassen bepaald. De prijseffecten worden bepaald aan de hand van inverse vraagvergelijkingen. Deze vergelijkingen zijn ten behoeve van deze studie (opnieuw) geschat. De welvaartseffecten worden gemeten aan de hand van het producenten- en het consumentensurplus1 In deze appendix wordt eerst ingegaan op de bepaling van de welvaartseffecten. Vervolgens komt de bepaling van vraagvergelijkingen aan de orde.
Welvaartseffecten Klimaatverandering beïnvloedt de fysieke opbrengsten van akkerbouwgewassen. Deze opbrengstveranderingen beïnvloeden de inkomsten van akkerbouwers. In figuur 2 zijn de veranderingen in het producentensurplus uitgewerkt voor de marktordeningsproducten fabrieksaardappel, suikerbiet, wintertarwe - en in figuur 3 voor de veevoedergewassen - snijmaïs en grasland. In het geval van poot- en consumptieaardappelen hebben de opbrengstveranderingen tevens invloed op de prijzen en daarmee ook op de vraag en het consumentensurplus. In figuur 4 zijn om deze reden zowel het aanbod van als de vraag naar poot- en consumptieaardappelen schematisch weergegeven. Voor de bepaling van de economische effecten van de opbrengstveranderingen zijn de volgende aspecten van belang. 1.
2.
1
De invloed van de klimaatverandering op de Nederlandse productie is afhankelijk van het areaal en de opbrengst per hectare. Het areaal wordt in deze studie exogeen bepaald en de opbrengst per hectare is afhankelijk van de technische relaties tussen klimaatverandering en gewasproductie die door AB-DLO vastgesteld zijn. Deze veronderstelling wordt vaker gebruikt in studies naar de effecten van variaties in ozon op de graanproductie (Point 1994). Deze veronderstelling is voor veel land- en tuinbouwproducten op korte termijn een realistische veronderstelling vanwege het optreden van biologische vertraging en de bederfelijkheid en dus de beperkte opslagmogelijkheden van de meeste producten. Bijgevolg wordt het aanbod in de analyse volkomen prijsinelastisch verondersteld. Op lange termijn mag een verandering van het aanbod op basis van prijsveranderingen verwacht worden. Hiervan wordt in dit onderzoek echter geabstraheerd. De vraag naar poot- en consumptieaardappelen. De prijs die voor beide aardappelsoorten tot stand komt, wordt door de particuliere vraag en het aanbod bepaald. Gegeven de veronderstelling van prijsinelasticiteit van het aanbod, hangt de prijsontwikkeling alleen van de prijselasticiteit van de vraag af. Voor goederen als poot- en consumptieaardappelen is deze elasticiteit (in absolute waarde) naar verwachting kleiner dan 1. Dit betekent dat de vraag procentueel minder afneemt dan de prijs stijgt. Dit betekent eveneens dat een stijging van het aanbod tot een meer dan proportionele prijsdaling leidt.
De finale consument neemt slechts in een beperkt aantal gevallen de gewassen direct af. Aangezien in deze studie de vraag van de directe afnemer geschat wordt, heeft het berekende consumentensurplus betrekking op de directe afnemer en niet op de finale consument.
II-2 3.
Het Europese landbouwbeleid. De inkomens van de Nederlandse akkerbouwers van marktordeningsproducten hangen af van de wijze waarop het beleid gestalte wordt gegeven. Er wordt in de analyse uitgegaan van het beleid voor wintertarwe en fabrieksaardappelen. Voor suikerbieten geldt een meer complexe regeling. Dit neemt niet weg dat de analyse in grote lijnen van toepassing blijft. Het landbouwbeleid heeft ook een welvaartseffect voor de Europese belastingbetaler. Dit zal in de analyse meegenomen worden.
Figuur 1
De welvaartseffecten worden gemeten aan de hand van het producenten- en het consumentensurplus. Deze effecten worden toegelicht aan de hand van figuur 1. Omwille van de eenvoud is bij de uitleg gekozen voor een lineaire weergave van de vraagcurve. Voor de schattingen is gekozen voor de loglineaire vorm van de vraagcurve. De vraag naar een product wordt weergegeven door de lijn DD', het aanbod door de lijn S0. De prijsinelasticiteit van het aanbod komt tot uitdrukking in het verticale verloop van de aanbodscurve. In punt E is er evenwicht tussen vraag een aanbod: op een vrije, competitieve markt wordt hoeveelheid Q0 verkocht tegen prijs P0. Het producentensurplus PS is gelijk aan het verschil tussen het bedrag dat de teler voor zijn productie ontvangt en het bedrag dat hij minimaal wil ontvangen. Het bedrag dat hij ontvangt is van de telersprijs P0 en de productie Q0. Het bedrag dat de teler minimaal wil ontvangen, is gelijk aan de variabele kosten die hij maakt ten behoeve van de productie. Dit bedrag is gelijk aan het gebied beneden de marginale kostencurve, ter hoogte van MC0. Indien van deze kostencurve uitgegaan wordt, zijn de variabele kosten (MC0)Q0. Het producentensurplus is dan gelijk aan (P0-MC0)Q0. In de onderliggende analyse wordt echter verondersteld dat de inzet van inputs niet gerelateerd is aan de productie per hectare. De productiekosten zijn alle vast in plaats van variabel. Dit betekent dat de marginale kosten gelijk zijn aan nul. Het producentensurplus PS is dan ook gelijk aan de omzet van de teler: PS = P0Q0. Het welvaartseffect voor de consument wordt gemeten aan de hand van het consumentensurplus. Dit surplus geeft het verschil aan tussen het bedrag dat consumenten voor een bepaalde hoeveelheid bereid zijn te betalen en het bedrag dat zij betalen. Voor Q0 zijn consumenten bereid DEQ0O te betalen. Zij betalen slechts P0EQ0O en houden dus een surplus van DEP0 over. De verandering in het consumentensurplus is afhankelijk van de prijselasticiteit. Dit kan aan de hand van de figuur geïllustreerd worden. Neem Q0 en P0 als startpunt en veronderstel dat het aanbod
II-3 toeneemt van Q0 naar Q1. Het consumentensurplus neemt meer toe naar mate de absolute waarde van de prijselasticiteit kleiner is. Vergelijk hiertoe de toename van het surplus aan de hand van de vraagcurve DD' en de meer elastische alternatieve vraagcurve D'', de doorbroken lijn door E.
Figuur 2
Voor de afzonderlijke categorieën producten gelden de volgende welvaartseffecten. 1.
Aanbod van en vraag naar marktordeningsproducten zijn afgebeeld in figuur 2 (Point 1994). Het aanbod van akkerbouwgewassen stijgt indien de klimaatveranderingen gunstig zijn, in de figuur van S0 naar S1. De marktvraag naar marktordeningsproducten wordt weergegeven door DD'. De vraag, zoals deze door de Europese akkerbouw ervaren wordt, wordt beïnvloed door het Europese landbouwbeleid. Door de instelling van minimumprijzen (PEU) is de totale vraag naar akkerbouwproducten DFD''. Bij P = PEU is de particuliere vraag gelijk aan Q2. De overheid neemt het overschot uit de markt tegen de interventieprijs PEU. In de uitgangssituatie bedragen de overheidsuitgaven PEU(Q0-Q2). Als het Nederlandse aanbod van akkerbouwproducten toeneemt met (Q1-Q0), dan nemen de inkomens van de Nederlandse akkerbouwers toe met PEU(Q1-Q0). De Europese (en de Nederlandse) consument merkt niets van de toename van het aanbod. De particuliere vraag blijft Q2 en het consumentensurplus blijft DFPEU. De Europese belastingbetaler draait voor de toename van de productie op. Hij bekostigt het opkopen van de toename van de Nederlandse productie. De kosten hiervan bedragen PEU(Q1-Q0). Indien het additionele aanbod vervolgens uitgeëxporteerd wordt, ontvangt de belastingbetaler (PEU-PW)(Q1-Q0) terug op de wereldmarkt, waar een gegeven prijs PW geldt die lager is dan PEU. Het netto-verlies van de Europese belastingbetaler is dan PW(Q1-Q0). Indien geen uitvoer mogelijk is vanwege GATT-quota, blijft het verlies voor de Europese belastingbetaler gelijk aan (PEU-PW)(Q1-Q0) (Molle 1990).
II-4
Figuur 3
2.
De vraag naar veevoedergewassen wordt door de voedselbehoefte van de veestapel bepaald. In figuur 3 komt dit tot uitdrukking in een prijsinelastische vraagcurve, DD'. In de vraag wordt in eerste instantie zelf voorzien door veevoeders in eigen teelt, waaronder gras en snijmaïs. Het aanbod van deze gewassen is afhankelijk van het bebouwde areaal. Dit areaal en het resulterende aanbod worden constant verondersteld, in de figuur S0. In de restvraag wordt voorzien door aankoop op de Europese markt voor veevoedergewassen. De prijzen van deze gewassen zijn afhankelijk van de prijzen van graanproducten, en dus van het Europese landbouwbeleid. De Nederlandse akkerbouw is prijsnemer op de Europese markt voor veevoedergewassen. Het Europese marktaanbod, PEUSEU, is volkomen prijselastisch. Dit komt in de figuur in een horizontale aanbodscurve tot uitdrukking. Indien de zelfvoorziening S0 bedraagt, is de marktwaarde van de eigen teelt PEUQ0. De marktwaarde van de restvraag is PEU(Q*-Q0). Indien de zelfvoorziening toeneemt van S0 naar S1 als gevolg van een klimaatverbetering, neemt de marktwaarde van de zelfvoorziening toe met PEU(Q1-Q0) tot PEUQ1, en die van de restvraag met hetzelfde bedrag af tot PEU(Q*-Q1) (Point 1994). Een toename van de eigen voorziening van veevoedergewassen leidt tot een besparing aan de inkoop van andere veevoeders.
3.
Aangezien de markten voor poot- en consumptieaardappelen vrij van overheidsingrijpen zijn, wordt de prijs van beide goederen door marktvraag en -aanbod bepaald. Een verandering van het aanbod leidt dientengevolge tot een verandering van prijs, particuliere vraag en consumentensurplus.
II-5
Figuur 4
De vraag wordt in figuur 4 afgebeeld door DD', het aanbod door S0. Indien het aanbod toeneemt van S0 tot S1, dan daalt de prijs van P0 naar P1 en stijgt de particuliere vraag van Q0 naar Q1. De aardappeltelers zien hun omzet veranderen van P0EQ0O in P1FQ1O. Vanwege de prijsdaling neemt de omzet af met (P0-P1)Q0. Daartegenover staat een toename van de omzet met P1(Q1-Q0) vanwege een stijging van de productie met (Q1-Q0) (Point 1994). Het hangt van de prijselasticiteit van de vraag af, of de omzet per saldo stijgt dan wel daalt. Indien de absolute waarde van de prijselasticiteit van de vraag groter (kleiner) is dan 1, neemt het inkomen toe (af) bij een prijsdaling. Het consumentensurplus neemt toe van DEP0 tot DFP1.
Schatting vraagvergelijkingen Voor de vrije gewassen zijn vraagvergelijkingen geschat; voor de marktordeningsproducten en veevoedergewassen niet. De volgende uitgangspunten en veronderstellingen liggen aan de schatting van de vraagvergelijkingen ten grondslag. -
-
-
-
Aangezien het aanbod exogeen is in de analyse, is de inverse vraagfunctie geschat in plaats van de vraagfunctie zelf. De algemene gedaante van de inverse vraagfunctie luidt: P = P(Q), waar P de prijs voorstelt en Q de hoeveelheid. De inverse vraagvergelijkingen zijn geschat op basis van productie- en prijsgegevens. De inverse vraag hangt dus niet af van variabelen als het besteedbaar inkomen en de hoeveelheden (of de prijzen) van substituutproducten. Het aanbod in een bepaalde periode wordt in deze studie exogeen bepaald en is dus niet afhankelijk van de prijs in die periode. Indien deze veronderstelling opgaat, doet zich geen identificatieprobleem in verband met simultaneïteit voor. De vraagvergelijkingen zijn geschat op basis van Nederlandse productiegegevens. Er wordt uitgegaan van heterogeniteit tussen Nederlandse en buitenlandse producten. De vraag naar Nederlandse aardappelen is dus onafhankelijk van de afzet van Duitse aardappelen. Deze aanname kan tot een over- of onderschatting van het prijseffect leiden, indien de prijs eigenlijk afhankelijk is van schommelingen in het internationale in plaats van het Nederlandse aanbod. Soortgelijke schattingen van de relatie tussen de EU-productie (EU-vraag) en de
II-6
-
producentenprijzen hebben echter geen significante resultaten opgeleverd. Het consumentensurplus wordt bepaald aan de hand van de totale vraag naar Nederlandse producten. Het betreft dus het surplus van Nederlandse en buitenlandse consumenten. In de analyse is gekozen voor een vraagfunctie met constante prijselasticiteit. Deze functie heeft de volgende voordelen. (1) De resultaten van de schattingen zijn eenvoudig te interpreteren, aangezien de elasticiteit constant wordt verondersteld en in de loglineaire gedaante van de vergelijking overeenkomt met de geschatte coëfficiënt. (2) Prijsveranderingen blijven beperkt. In het bijzonder geldt dat de functie geen negatieve prijzen kan genereren, in tegenstelling tot de lineaire vergelijking. (3) Deze keuze stelt ons in staat de resultaten te vergelijken met die uit voorgaande studies waarin veelal voor hetzelfde functionele verband is gekozen.
Afleiding consumenten- en producentensurplus De volgende inverse vraagvergelijking is geschat: P = AQβ. Het totale consumentensurplus CS is gelijk aan het gebied onder de inverse vraagcurve minus het aankoopbedrag: CS
Q
∫ 0 (AQβ) - PQ = [(A/(β+1))Q
β+1
]
Q - PQ = (A/(β+1))Qβ-1 - PQ 0
-1 < β < 0
Voor β < -1, is er geen oplossing voor de integraal2 Er is wel een oplossing voor de verandering in het consumentensurplus CS: ∆ CS =
Q
Q0
∫0 1 (AQβ) - PQ1 - ∫ 0
∆ CS = (A/(β+1))Q 1β
+ 1
(AQβ) + PQ0
- PQ1- (A/(β+1))Q β0
+ 1
- PQ0 =
β ≠ -1
Het producentensurplus PS is simpelweg gelijk aan PQ. De verandering in het producenten-surplus is te berekenen als het verschil van de surplussen in de twee periodes. Het totale welvaartseffect ∆Σ is gelijk aan de som van de verandering van het consumenten- en het producentensurplus: ∆Σ = ∆CS + ∆PS. Merk op dat de verandering in het consumentensurplus gelijk is aan nul voor de marktordeningsgewassen en de veervoedergewassen, aangezien de prijs voor deze producten exogeen bepaald wordt.
Referenties Chiang A.C. (1984), Fundamental methods of mathematical economics, Singapore: McGraw-Hill. Molle W. (1988), The economics of European integration, Aldershot: Darmouth. Point P. (1994), The value of non-market natural assets as production factor, in: R. Pethig, Valuing the environment: methodological and measurement issues, Dordrecht: Kluwer.
2
De integraal is ‘oneigenlijk’ (improper), aangezien de term Qβ+1 in dat geval in de noemer staat: 0β+1 bestaat niet voor β < -1 (Chiang 1984). Een oplossing voor dit probleem bestaat uit het nemen van een limiet. Hier doet zich echter het probleem voor dat de functie op het interval [0,Q] niet-eindige waarden aanneemt. Dit impliceert dat het consumentensurplus ∞ (oneindig) zou zijn.
II-7
III-1
Bijlage 3 Data landbouwgewassen De nationale productie van de producten tarwe, rogge, gerst, korrelmaïs, snijmaïs en suikerbieten zijn ontleend aan Landbouwcijfers (LEI: tabel 51-a). De nationale productie van de aardappel is berekend als het product van de opbrengst per hectare en het areaal. De opbrengt per hectare is ontleend aan het Boekhoudinformatienet (LEI). Het areaal is ontleend aan Landbouwcijfers (LEI: tabel 41-a). De telersprijzen voor de producten tarwe, rogge, winter- en zomergerst zijn ontleend aan Landbouwcijfers (LEI: tabel 71-d). Dit geldt ook voor suikerbieten (LEI: tabel 71-f). De prijzen voor aardappelen zijn ontleend aan het Boekhoudinformatienet (LEI). De prijs van gras is bepaald op basis van interne gegevens van het LEI. De prijs bedraagt het product van het aantal guldens per kVEM structuurrijk ruwvoer en het aantal kVEM per kilogram droge stof (Van Eerdt, 1995). Voor de schattingen zijn de prijzen gedefleerd aan de hand van het prijsindexcijfer van de gezinsconsumptie voor werknemersgezinnen (CBS). Vraagvergelijkingen zijn geschat op basis van productie- en prijsgegevens over de jaren 19781994. Schattingen zijn uitgevoerd voor de gewassen consumptieaardappel, pootaardappel, en graszaad. De nationale productie in het basisjaar is het gemiddelde over de jaren 1990-1994. Voor korrelmaïs is het gemiddelde over de jaren 1992-1995 berekend, aangezien de gegevens over 1990 en 1991 niet in Landbouwcijfers vermeld staan. De productie van gras heeft betrekking op de jaren 19931995. De prijzen van de marktordeningsproducten en de veevoedergewassen in het basisjaar hebben betrekking op 1994. De prijzen van de vrije gewassen in het basisjaar zijn bepaald op basis van de geschatte vraagvergelijkingen. De opbrengst per hectare per provincie is berekend op basis van het Boekhoudinformatienet. De gegevens uit het Boekhoudinformatienet hebben betrekking op de jaren 1994-1996. Voor deze jaren is de gemiddelde productie per provincie bepaald en de verhouding tot de gemiddelde productie in Nederland. Deze verhouding is gebruikt om de gemiddelde productie per provincie over de jaren 1990-1994 te bepalen op basis van de gemiddelde productie in Nederland over deze periode. CBS, 95 jaar statistiek, Den Haag: SDU. CBS, Statistisch jaarboek, Den Haag: SDU. LEI, Landbouwcijfers, Den Haag: LEI. LEI, Boekhoudinformatienet, Den Haag: LEI. Proefstation voor de akkerbouw en de groenteteelt in de vollegrond, Kwantitatieve informatie voor de akkerbouw en de groenteteelt in de vollegrond: 1992-1994, Lelystad. Eerdt, M. Van (1995), Mestproductie en mineralenuitscheiding.
III-2
IV-1
Bijlage 4 C3/C4-gewassen Belangrijke C4-gewassen zijn maïs, gierst , suikerriet, Sorgum bicolor, Penisetum purpureum en Cynodon dactylon (Larcher, 1980). Vrijwel alle andere belangrijke gewassen zijn C3-planten. Bij relatief hoge temperaturen is de fotosynthese van C4-gewassen hoog, hetgeen tot uiting komt in de productiecijfers, bijvoorbeeld een jaarproductie van 85 ton drogestof bij suikerriet. Gecombineerd met de hoge WUE van C4-gewassen levert dit voldoende argumenten om op grote schaal van C3gewassen, die momenteel in aantal en belang verre in de meerderheid zijn, over te stappen op de teelt van C4-gewassen. Dit is echter maar in zeldzame gevallen een reële optie. C4-gewassen zijn namelijk erg temperatuurgevoelig. Bij temperaturen die lager zijn dan 16-18°C, in combinatie met de lagere lichtintensiteiten boven de 45e breedtegraad zijn C3-gewassen een sterke concurrent voor de C4-gewassen. De fotorespiratie die C3-gewassen parten speelt is relatief laag bij een lage temperatuur omdat bij afname van de temperatuur, CO2 ten opzichte van zuurstof een hogere affiniteit heeft voor RuBisCo. Het C4-mechanisme, dat CO2 bindt op de plaats waar dat nodig is, kost bovendien energie. Bij hoge straling is dit geen factor van belang maar bij lage lichtintensiteiten zal dit ten koste gaan van de fotosynthese. Bovendien zijn andere groeiprocessen in C4-planten, zoals celstrekking, zeer gevoelig voor koude.
Referentie Larcher, W., 1980 Physiological Plant Ecology. Springer-Verlag New York, Heidelberg, Berlin.
IV-2
V-1
Bijlage 5 Gewasverdamping De verdamping van een gewas is niet simpelweg gelijk te stellen aan de som van verdamping van individuele bladeren. Een hoogopgaand gewas dat zich over grote arealen uitstrekt is een stabiel systeem met weinig uitwisseling met de atmosfeer. Het systeem is als een soort kas te beschouwen, waarin uitwisseling via de luchtramen en warmte uitwisseling aan het kasdek plaatsvindt (Jones, 1992). In dat geval wordt de verdamping voornamelijk bepaald door de weerstand naar de atmosfeer in plaats van door de weerstand van huidmondjes. Voor de meeste landbouwgewassen is deze restrictie niet van belang behalve voor uitgestrekte boomgaarden. In de navolgende beschouwing zijn we uitgegaan van een goede koppeling tussen gewas en atmosfeer. Op bladniveau mag de ratio fotosynthese/verdamping een correcte maat zijn voor de water benutting van een plant, op gewasniveau praten we liever over de water-efficiëntie van groei of nog liever over de water-gebruiksefficiëntie per eenheid product (WUE)Y. WUE = drogestof van oogstbaar product/verdamping De verdamping kan worden berekend op basis van de energiebalans van het gewas gebaseerd op micrometeorologische gegevens zoals inkomende straling (Monteith, 1981) en specifieke gewasparameters. Een flexibele benadering die veel wordt toegepast, is gebaseerd op de PenmanMonteith vergelijking. Een duidelijke theoretische verhandeling over dit onderwerp is gegeven in Jones (1992). De verdamping door een gewas varieert van 1-3 mm/dag in de gematigde gebieden, tot 1mm/uur in de tropen. De verdamping in het laatste geval is dan 10.000 liter per ha per uur. De energie die in deze hoeveelheid gedissipeerd wordt is 640 W/m2 (Jones, 1992). De energie die in fotosyntheseproducten wordt vastgelegd is slechts 30-40 W/m2. Door de stringente koppeling tussen verdamping en groeisnelheid blijf de WUEY ongeveer constant dit geldt niet alleen voor optimale omstandigheden maar bij benadering ook voor droogte. De relatieve opbrengstreductie als gevolg van droogte is evenredig met de verhouding tussen potentiële (Tpot) en actuele transpiratie (Tact): Yact / Ypot = Tact / Tpot Dit is een zeer grofmazige benadering die verfijnd kan worden door in de ontwikkeling van een gewas een aantal stadia te onderscheiden met daarbij behorende verdampingskarakteristieken en gevoeligheid voor water(tekorten) (Bradford & Hsiao, 1982).
Referenties Bradford, K.J. & Hsiao, T.C., 1982 Physiological responses to moderate water stress. In: Encyclopedia of Plant Physiology, New Series. 12B: 264-324. Jones, H.M., 1992 Plants and microclimate. A quantitative approach to environmental plant physiology. Cambridge University Press. ISBN 0 521 42524. Monteith, J.L., 1981 Evaporation and surface temperature Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 107: 1-27.
V-2
