Decision supporting criteria under the uncertainty of agricultural contamination in northeast Kansas

국문 초록 (Abstract)

질산염(NO3)공해의 주요한 발생원인으로서 농업 생산활동이 주목받고 있다. 특히 수자원의 환경적 질 저하는 영양소의 과다한 투입 내지는 부적절한 사용으로부터 초래된다. 미 중서부지역은 집약적인 질소비료와 농약의 사용으로 인해 공해발생의 가능성이 타지역에 비해 비교적 높은 편이다. 그 이유는 이 지역의 주작목이 질소비료를 많이 요구하는 세 가지 주요작물, 즉 옥수수, 소�� 밀 등이기 때문이다.
이 연구의 주 목적은 (1) 농업생산 작부체계로부터 발생될 수 있는 경제 ·환경적 결과를 추정하고, (2) 다양한 경제 ·환경적 목표와 위험선호에 따르는 최적 작부체계를 선택할 수 있는 수리모형을 구축하는 것이다. 북동부 캔사스 지역을 대상지역으로 선택한 이유는 이 지역의 표면수자원이 인근의 캔사스 시티와 같은 대도시의 주요 식수원이기 때문이다. 이 지역의 전형적인 작부체계로는 다섯 가지의 system이 조사되었는데 이중 한 시스템은 전통적 상업농이며 나머지 네 개의 system은 대체농법을 사용하는 경우이다. 전통적 상업농(System 1)의 경우에는 나머지 네 개의 대체농법 system들(System 2, 3, 4, 5)에 비해 비료와 농약의 사용이 집약적이며 경작횟수 또한 많다.
가중치목표함수분석(Weighted Goal Programming)모형과 확률제약식모형(Chance constrained Programming)분석을 통해 얻은 전체적인 결론은 대체농법 system들인 System 2, System 4, System 5가 전통적 상업농인 비료 ·농약 ·경작집약적 System 1 보다 경제 ·환경적으로 우위를 가질 수 있다는 점이다. 목표하는 순수익의 수준이 높아질수록 System 4 선호의 빈도가 높았는데 이는 이 system이 가지고 있는 높은 순수익 수준이 다른 system들보다 월등히 높음을 의미한다. 경제 ·환경적 tradeoff관계 또한 선호되는 system의 패턴에서 발견되었다. 예를 들어 System 3의 경우에는 비집약적 투입물수준과 비교적 낮은 수준의 공해량을 가짐에도 불구하고 현저하게 낮은 수준의 수익으로 인해 거의 선호되지 않았다. 전통적 경작체계인 System 1의 경우에는 상대적으로 높은 수준의 공해량으로 인해 거의 선호되지 않았다. System 4와 System 5가 빈번히 선택되는 주된 이유는 알팔파 경작이 경제적 ·환경적 이점을 가지고 있음을 의미한다.
단순히 목표하는 순수익수준과 공해량수준이 증감할 경우에도 작부체계선택이 변화되지만, 그 이외에 다른 요인들도 system선호의 변화를 가져왔다. WGP모형 분석에서는 목표 순수익·공해량·위험수준 간의 상대적 가중치의 변화에 따라 선호되는 system이 변화하였고, CCP분석에서는 위험기피의 수준뿐만이 아니라 토양의 변화에 따라서도 system선호의 패턴이 변화되었다.
주로 선호된 시스템들은, 즉 System 4와 System 5는, 비교적 많은 경작면적을 알팔파 생산에 분배하는데 이는 3년 연속윤작의 생산적 특성에 근거한다. 또한 알팔파와 같은 작물의 경우에는 원거리수송이 불가능하기 때문에 생산량 대부분을 지역시장에서 소화해 내야하는 시장적으로 불리한 작목이다. 따라서 이 지역 농가들의 무분별한 알팔파 생산도입은 생산과다로 인한 가격폭락의 위험성을 지니고 있다. 이에 더불어 갑작스런 대체농법으로의 변환에는 기본적으로 시장 ·생산적 위험을 가지고 있으므로 이를 감소시켜줄 수 있는 부분적인 대체농법도입 내지는 비용보조와 교육 등의 정부보조(government program)가 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• TABLE OF CONTENTS = ⅰ
• LIST OF TABLES = ⅴ
• LIST OF FIGURES = ⅸ
• ACKNOWLEDGMENTS = ⅹ
• CHAPTER ONE - INTRODUCTION = 1
• 1.1 Problem Statement = 5
• 1.2 Objectives = 6
• 1.3 The Research Setting = 8
• CHAPTER TWO - WATER RESOURCE NITRATE CONTAMINATION AND POLICY = 12
• 2.1 U.S. Water Quality Policies = 12
• 2.2 Water Quality Policy Options = 15
• 2.3 Agricultural Nitrate Contaminants = 16
• 2.4 The Characteristics of Nitrogen and Soil Erosion = 18
• 2.5 Health Effects from Nitrate Contamination = 22
• CHAPTER THREE - REVIEW OF THE LITERATURE = 24
• 3.1 Alternative Agriculture = 24
• 3.2 Economic and Environmental Decision Making = 27
• CHAPTER FOUR - ECONOMIC THEORY = 34
• 4.1 Producer's Behavior = 34
• 4.2 Water Quality Policy and Related Externality = 36
• 4.2.1 Theoretical Approaches = 37
• 4.3 Risk and Uncertainty in Agriculture = 40
• 4.3.1 Decision Theory under Risk and Uncertainty = 41
• 4.3.2 Risk Efficiency Analysis = 42
• 4.3.3 Risk Programming Analysis = 43
• CHAPTER FIVE - PROCEDURES AND DATA = 48
• 5.1 Outline of Procedures = 48
• 5.2 Data = 49
• 5.2.1 Cropping Systems = 49
• 5.2.2 Enterprise Budget = 56
• 5.2.2.1 Variable Costs = 57
• 5.2.2.2 Fixed Costs = 59
• 5.2.3 Physical Transport / Crop Growth Model = 67
• 5.2.3.1 Selection of the Simulator = 67
• 5.2.3.2 Description of Inputs = 69
• 5.2.3.3 Model Validation = 71
• 5.2.4 Soil Types in the Study Area = 78
• CHAPTER SIX - SIMULATION RESULTS = 81
• 6.1 Potential Net Returns and Contamination by Soil Type = 83
• 6.1.1 Comparisons of Net Returns and Contamination under Pawnee Soil = 84
• 6.1.2 Comparisons of Net Returns and Contamination under Grundy Soil = 87
• 6.1.3 Comparisons of Net Returns and Contamination under Sharpsburg Soil = 89
• 6.1.4 Summary and Conclusion = 91
• 6.2 Potential Net Returns and Contamination by System = 93
• 6.2.1 Comparisons of Net Returns and Contamination under System 1 = 93
• 6.2.2 Comparisons of Net Returns and Contamination under System 2 = 94
• 6.2.3 Comparisons of Net Returns and Contamination under System 3 = 94
• 6.2.4 Comparisons of Net Returns and Contamination under System 4 = 95
• 6.2.5 Comparisons of Net Returns and Contamination under System 5 = 95
• 6.2.6 Summary and Conclusion = 96
• 6.3 Potential Contaminant Loadings from Individual Crop = 102
• 6.4 Price Sensitivity Analysis = 106
• CHAPTER SEVEN - GOAL PROGRAMMING APPROACH = 108
• 7.1 Development of the Goal Programming Model = 108
• 7.2 Alternative Policy Scenarios = 114
• 7.2.1 Alternative Scenarios for Separate NO₃Contaminants = 114
• 7.2.2 Alternative Scenarios for Composite NO₃Contaminants = 118
• 7.3 Results and Discussions = 121
• 7.3.1 Pawnee Soil = 121
• 7.3.1.1 Results for Separate NO₃Contaminants = 121
• 7.3.1.2 Results for Composite NO₃Contaminants = 123
• 7.3.2 Grundy Soil = 126
• 7.3.2.1 Results for Separate NO₃Contaminants = 126
• 7.3.2.2 Results for Composite NO₃Contaminants = 127
• 7.3.3 Sharpsburg Soil = 130
• 7.3.3.1 Results for Separate NO₃Contaminants = 130
• 7.3.3.2 Results for Composite NO₃Contaminants = 131
• 7.4 summary and Conclusion = 135
• CHAPTER EIGHT - CHANCE CONSTRAINED PROGRAMMING APPROACH = 137
• 8.1 Development of the Chance Constrained Programming Model = 137
• 8.2 Alternative Policy Scenarios = 144
• 8.2.1 Alternative Scenarios for Separate NO₃Contaminants = 144
• 8.2.2 Alternative Scenarios for Composite NO₃Contaminants = 147
• 8.3 Results and Discussions = 149
• 8.3.1 Pawnee Soil = 149
• 8.3.1.1 Results for Separate NO₃Contaminants = 149
• 8.3.1.2 Results for Composite NO₃Contaminants = 151
• 8.3.2 Grundy Soil = 153
• 8.3.2.1 Results for Separate NO₃Contaminants = 153
• 8.3.2.2 Results for Composite NO₃Contaminants = 155
• 8.3.3 Sharpsburg Soil = 157
• 8.3.3.1 Results for Separate NO₃Contaminants = 157
• 8.3.3.2 Results for Composite NO₃Contaminants = 159
• 8.4 Summary and Conclusion = 161
• CHAPTER NINE - SUMMARY AND CONCLUSIONS = 164
• 9.1 Simulation Analysis = 165
• 9.2 Risk Programming Analysis = 166
• 9.2.1 Goal Programming Approach = 166
• 9.2.2 Chance Constrained Programming Approach = 167
• 9.3 Limitations and Areas for Further Study = 169
• REFERENCES = 171
• APPENDICES = 181