Implications of agricultural production, policy and land use changes on water resource assessment

Una gestión más eficiente y equitativa del agua a escala de cuenca no se puede centrar exclusivamente en el recurso hídrico en sí, sino también en otras políticas y disciplinas científicas. Existe un consenso creciente de que, además de la consideración de las cambiantes condiciones climáticas, es necesaria una integración de ámbitos de investigación tales como la agronomía, planificación del territorio y ciencias políticas y económicas a fin de satisfacer de manera sostenible las demandas de agua por parte de la sociedad y del medio natural. La Política Agrícola Común (PAC) es el principal motor de cambio en las tendencias de paisajes rurales y sistemas agrícolas, pero el deterioro del medio ambiente es ahora una de las principales preocupaciones. Uno de los cambios más relevantes se ha producido con la expansión e intensificación del olivar en España, principalmente con nuevas zonas de regadío o la conversión de olivares de secano a sistemas en regadío. Por otra parte, el cambio de las condiciones climáticas podría ejercer un papel importante en las tendencias negativas de las aportaciones a los ríos, pero no queda claro el papel que podrían estar jugando los cambios de uso de suelo y cobertura vegetal sobre las tendencias negativas de caudal observadas. Esta tesis tiene como objetivo mejorar el conocimiento de los efectos de la producción agrícola, política agraria y cambios de uso de suelo y cobertura vegetal sobre las condiciones de calidad del agua, respuesta hidrológica y apropiación del agua por parte de la sociedad. En primer lugar, el estudio determina las tendencias existentes de nitratos y sólidos en suspensión en las aguas superficiales de la cuenca del río Guadalquivir durante el periodo de 1998 a 2009. Desde una perspectiva de política agraria, la investigación trata de evaluar mediante un análisis de datos de panel las principales variables, incluyendo la reforma de la PAC de 2003, que están teniendo una influencia en ambos indicadores de calidad. En segundo lugar, la apropiación del agua y el nivel de contaminación por nitratos debido a la producción del aceite de oliva en España se determinan con una evaluación de la huella hídrica (HH), teniendo en cuenta una variabilidad espacial y temporal a largo de las provincias españolas y entre 1997 y 2008. Por último, la tesis analiza los efectos de los cambios de uso de suelo y cobertura vegetal sobre las tendencias negativas observadas en la zona alta del Turia, cabecera de la cuenca del río Júcar, durante el periodo 1973-2008 mediante una modelización ecohidrológica. En la cuenca del Guadalquivir cerca del 20% de las estaciones de monitoreo muestran tendencias significativas, lineales o cuadráticas, para cada indicador de calidad de agua. La mayoría de las tendencias significativas en nitratos están aumentando, y la mayoría de tendencias cuadráticas muestran un patrón en forma de U. Los modelos de regresión de datos de panel muestran que las variables más importantes que empeoran ambos indicadores de calidad del agua son la intensificación de biomasa y las exportaciones de ambos indicadores de calidad procedentes de aguas arriba. En regiones en las que el abandono agrícola y/o desintensificación han tenido lugar han mejorado las condiciones de calidad del agua. Para los nitratos, el desacoplamiento de las subvenciones a la agricultura y la reducción de la cuantía de las subvenciones a tierras de regadío subyacen en la reducción observada de la concentración de nitratos. Las medidas de modernización de regadíos y el establecimiento de zonas vulnerables a nitratos reducen la concentración en subcuencas que muestran una tendencia creciente de nitratos. Sin embargo, el efecto de las exportaciones de nitratos procedente de aguas arriba, la intensificación de la biomasa y los precios de los cultivos presentan un mayor peso, explicando la tendencia creciente observada de nitratos. Para los sólidos en suspensión, no queda de forma evidente si el proceso de desacoplamiento ha influido negativa o positivamente. Sin embargo, los mayores valores de las ayudas agrarias aún ligadas a la producción, en particular en zonas de regadío, conllevan un aumento de las tasas de erosión. Aunque la cuenca del Guadalquivir ha aumentado la producción agrícola y la eficiencia del uso del agua, el problema de las altas tasas de erosión aún no ha sido mitigado adecuadamente. El estudio de la huella hídrica (HH) revela que en 1 L de aceite de oliva español más del 99,5% de la HH está relacionado con la producción de la aceituna, mientras que menos del 0,5% se debe a otros componentes, es decir, a la botella, tapón y etiqueta. Durante el período estudiado, la HH verde en secano y en regadío representa alrededor del 72% y 12%, respectivamente, del total de la HH. Las HHs azul y gris representan 6% y 10%, respectivamente. La producción de aceitunas se concentra en regiones con una HH menor por unidad de producto. La producción de aceite de oliva ha aumentado su productividad del agua durante 1997-2008, incentivado por los crecientes precios del aceite, como también lo ha hecho la cantidad de exportaciones de agua virtual. De hecho, las mayores zonas productoras presentan una eficiencia alta del uso y de productividad del agua, así como un menor potencial de contaminación por nitratos. Pero en estas zonas se ve a la vez reflejado un aumento de presión sobre los recursos hídricos locales. El aumento de extracciones de agua subterránea relacionadas con las exportaciones de aceite de oliva podría añadir una mayor presión a la ya estresada cuenca del Guadalquivir, mostrando la necesidad de equilibrar las fuerzas del mercado con los recursos locales disponibles. Los cambios de uso de suelo y cobertura vegetal juegan un papel importante en el balance del agua de la cuenca alta del Turia, pero no son el principal motor que sustenta la reducción observada de caudal. El aumento de la temperatura es el principal factor que explica las mayores tasas de evapotranspiración y la reducción de caudales. Sin embargo, los cambios de uso de suelo y el cambio climático han tenido un efecto compensatorio en la respuesta hidrológica. Por un lado, el caudal se ha visto afectado negativamente por el aumento de la temperatura, mientras que los cambios de uso de suelo y cobertura vegetal han compensado positivamente con una reducción de las tasas de evapotranspiración, gracias a los procesos de disminución de la densidad de matorral y de degradación forestal. El estudio proporciona una visión que fortalece la interdisciplinariedad entre la planificación hidrológica y territorial, destacando la necesidad de incluir las implicaciones de los cambios de uso de suelo y cobertura vegetal en futuros planes hidrológicos. Estos hallazgos son valiosos para la gestión de la cuenca del río Turia, y el enfoque empleado es útil para la determinación del peso de los cambios de uso de suelo y cobertura vegetal en la respuesta hidrológica en otras regiones. ABSTRACT Achieving a more efficient and equitable water management at catchment scale does not only rely on the water resource itself, but also on other policies and scientific knowledge. There is a growing consensus that, in addition to consideration of changing climate conditions, integration with research areas such as agronomy, land use planning and economics and political science is required to meet sustainably the societal and environmental water demands. The Common Agricultural Policy (CAP) is a main driver for trends in rural landscapes and agricultural systems, but environmental deterioration is now a principal concern. One of the most relevant changes has occurred with the expansion and intensification of olive orchards in Spain, taking place mainly with new irrigated areas or with the conversion from rainfed to irrigated systems. Moreover, changing climate conditions might exert a major role on water yield trends, but it remains unclear the role that ongoing land use and land cover changes (LULCC) might have on observed river flow trends. This thesis aims to improve the understanding of the effects of agricultural production, policies and LULCC on water quality conditions, hydrological response and human water appropriation. Firstly, the study determines the existing trends for nitrates and suspended solids in the Guadalquivir river basin’s surface waters (south Spain) during the period from 1998 to 2009. From a policy perspective, the research tries to assess with panel data analysis the main drivers, including the 2003 CAP reform, which are having an influence on both water quality indicators. Secondly, water appropriation and nitrate pollution level originating from the production of olive oil in Spain is determined with a water footprint (WF) assessment, considering a spatial temporal variability across the Spanish provinces and from 1997 to 2008 years. Finally, the thesis analyzes the effects of the LULCC on the observed negative trends over the period 1973-2008 in the Upper Turia basin, headwaters of the Júcar river demarcation (east Spain), with ecohydrological modeling. In the Guadalquivir river basin about 20% of monitoring stations show significant trends, linear or quadratic, for each water quality indicator. Most significant trends of nitrates are augmenting than decreasing, and most significant quadratic terms of both indicators exhibit U-shaped patterns. The panel data models show that the most important drivers that are worsening nitrates and suspended solids in the basin are biomass intensification and exports of both water quality indicators from upland regions. In regions that agricultural abandonment and/or de-intensification have taken place the water quality conditions have improved. For nitrates, the decoupling of agricultural subsidies and the reduction of the amount of subsidies to irrigated land underlie the observed reduction of nitrates concentration. Measures of irrigation modernization and establishment of vulnerable zones to nitrates ameliorate the concentration of nitrates in subbasins showing an increasing trend. However, the effect of nitrates load from upland areas, intensification of biomass and crop prices present a greater weight leading to the final increasing trend in this subbasins group, where annual crops dominate. For suspended solids, there is no clear evidence that decoupling process have influenced negatively or positively. Nevertheless, greater values of subsidies still linked to production, particularly in irrigated regions, lead to increasing erosion rates. Although agricultural production has augmented in the basin and water efficiency in the agricultural sector has improved, the issue of high erosion rates has not yet been properly faced. The water footprint (WF) assessment reveals that for 1 L Spanish olive oil more than 99.5% of the WF is related to the olive fruit production, whereas less than 0.5% is due to other components i.e. bottle, cap and label. Over the studied period, the green WF in rainfed and irrigated systems represents about 72% and 12%, respectively, of the total WF. Blue and grey WFs represent 6% and 10%, respectively. The olive production is concentrated in regions with the smallest WF per unit of product. The olive oil production has increased its apparent water productivity from 1997 to 2008 incentivized by growing trade prices, but also did the amount of virtual water exports. In fact, the largest producing areas present high water use efficiency per product and apparent water productivity as well as less nitrates pollution potential, but this enhances the pressure on the available water resources. Increasing groundwater abstractions related to olive oil exports may add further pressure to the already stressed Guadalquivir basin. This shows the need to balance the market forces with the available local resources. Concerning the effects of LULCC on the Upper Turia basin’s streamflow, LULCC play a significant role on the water balance, but it is not the main driver underpinning the observed reduction on Turia's streamflow. Increasing mean temperature is the main factor supporting larger evapotranspiration rates and streamflow reduction. In fact, LULCC and climate change have had an offsetting effect on the streamflow generation during the study period. While streamflow has been negatively affected by increasing temperature, ongoing LULCC have positively compensated with reduced evapotranspiration rates, thanks to mainly shrubland clearing and forest degradation processes. The research provides insight for strengthening the interdisciplinarity between hydrological and spatial planning, highlighting the need to include the implications of LULCC in future hydrological plans. These findings are valuable for the management of the Turia river basin, as well as a useful approach for the determination of the weight of LULCC on the hydrological response in other regions.

Planeamiento y políticas de vivienda en el área metropolitana de Madrid durante la democracia (1975-2007)

La tesis analiza la realidad residencial construida en los municipios del Área Metropolitana de Madrid durante la democracia, en términos de localización, cantidad y calidad/cualidad, y su relación con el desarrollo de las políticas de planeamiento y de vivienda. La pregunta central que ha guiado la investigación es la siguiente: ¿cómo han incidido los instrumentos de política de vivienda y de planeamiento urbanístico en el crecimiento residencial de los municipios del Área Metropolitana de Madrid? Se trata de poner en relación dos políticas públicas orientadas por la Administración en sus distintos niveles de actuación: una de carácter territorial, el planeamiento urbanístico -cuya ejecución es de competencia municipal-, y otra de carácter sectorial, las políticas de vivienda -definidas por la Administración Central y Autonómica-. Al considerar la política de vivienda como el resultado de la política financiera, la política fiscal y la política de suelo, se ha observado cómo en España las dos primeras suponen más del 70% de la intervención presupuestaria en vivienda. Esta investigación se ha centrado particularmente en la tercera, la política de suelo, por su vinculación directa con el planeamiento urbanístico, pero sin dejar de tener en cuenta las dos primeras, no sólo por su implicación en el gasto público, sino porque han tenido tanto efecto, o más, en la conformación de la ciudad como ha podido tenerlo el planeamiento. La primera parte de la tesis se centra en el estudio de las políticas, sus objetivos e instrumentos (normativos y de planificación), mientras que en la segunda parte se analiza la realidad construida, por medio de una serie de variables e indicadores relacionados con la producción residencial (suelo y viviendas); en la tercera se presenta la parte de análisis y las conclusiones generales. Al cruzar los objetivos y los instrumentos de ambas políticas se ha podido concluir con una propuesta de periodización evidenciando las ontinuidades, cambios o transformaciones: después de una etapa de transición –de 1975 a 1978, coincide con los años de la transición democrática, en el que se definen las bases de las nuevas políticas-, se han podido diferenciar tres períodos: 1979-1989, 1990-1997 y 1998-2007. El primer período corresponde a los años en los que se fue construyendo todo el aparato institucional regulador con las nuevas administraciones que surgieron de la democracia. El segundo período, aunque comenzó con la aprobación de la Ley del Suelo de 1990 como instrumento clave del planeamiento regulador, se caracterizó por el cuestionamiento del modelo intervencionista y por los primeros planteamientos de liberalización. Finalmente, en el tercer período se pusieron las bases normativas de la liberalización del suelo en España, con la reforma de la Ley del Suelo de 1998 y otras medidas “remediales”. Finalmente, se presenta el análisis de los resultados sobre la realidad construida, teniendo como clave de interpretación la periodización propuesta a partir de las políticas, con el propósito de conocer cómo han podido incidir en el crecimiento residencial del AMM. Por tanto, la tesis aborda la inquietud de cuándo, cómo y dónde las políticas públicas han construido ciudad y han generado barrios, pues también trata de analizar los espacios urbanos que han sido el resultado físico de dichas políticas (aspectos de los conjuntos residenciales, el entorno inmediato y su relación con el tejido urbano existente), y no sólo de mostrar cantidades de viviendas construidas. Posteriormente, el estudio se centra en el análisis de las actuaciones públicas sobre suelos destinados a uno de los llamados “usos débiles”, las viviendas protegidas. Éstas se han beneficiado, de una u otra manera, de las ayudas económicas que se incluyen en los planes de vivienda y, por ello, están sujetas a unos parámetros definidos por la normativa vigente en cada caso. Ha interesado realizar una valoración de las mismas a partir de criterios de integración social y funcional, y de equilibrio territorial. ABSTRACT The PhD thesis analyses the residential areas built in the Metropolitan Area of Madrid, in terms of location, quality and quantity, and the relationship to the resulting built environment planning and housing policies. Its cover a period of tree decades since the onset of democracy in Spain in 1975 up to the beginning of the great recession starting 2007. The central question that has guided the research is the following: how the instruments of housing policy and urban planning have influenced the residential growth of the municipalities of the Metropolitan Area of Madrid? It is about putting together two different public policies that are also carried out at different levels of government: spacial and urban planning –whose execution is under municipal jurisdiction under principles and guidelines defined at a regional scale; and the sectorial housing policies which are mostly defined by the Nacional and Regional governments and are very interlinked with the wider economic policies of the country. When considering housing policy as the result of financial, fiscal and land policy, it has been noted in Spain that instruments under the first two types of measures (financial and fiscal) account for over 70% of the housing budget intervention. This research has particularly focused on the third, Land Policy, because of its direct link to urban planning. Nevertheless, the research also considers f inancial and f iscal pol icies, not only because of thei r signi f icant level of publ ic spending, but al so because of thei r great impacto n shaping the way the ci ty is bui l t . The first part of the thesis focuses on the study of the policies, objectives and instruments (housing and planning), while the second part analyses the built reality by means of a number of variables and indicators related to the housing production (land and housing). In the third part the analysis and general conclusions are presented. After relating the objectives and instruments of both policies, the thesis concludes with a proposal for periodization showing continuities, changes and transformations: after a transition period – from 1975 to 1978 coinciding with the years of the democratic transition, in which the basis of the new policies were defined- tree periods (1979-1989, 1990- 1997 and 1998-2007) have been d i s t i n g u i s h e d . The first period covers the years in which a new institutional apparatus wa s b u i l t wi t h t h e n e w a r r a n g eme n t s t h a t eme r g e d from democracy. The second period, even though it began with the approval of the Land Act 1990 as key element of the regulatory planning, was characterized by the questioning of public intervention and early approaches to liberalization. Finally, in the third period, the normative basis of liberalization was set up in Spain, with the reform of the Land Act 1998 and other “corrective” measures. At a final point, the analisys of the results on the reality constructed is presented having as a key of interpretation the periodization proposed. This provides tools for interpreting how policies did affect residential growth in the Metropolitan Area of Madrid. Therefore, the thesis addresses the issues of when, how and where public policies have inf luenced and guided the development of resident ial áreas in the región dur ing this t ime f rame. I t is also concerned with analysing those urban spaces that have been the physical result of such policies (aspects of residential complexes, the immediate environment and its relationship with the existing urban infraestructure), going beyond the analisys of statistical data. Subsequently, the study focuses on the analysis of public actions on land for the so-called "weak uses" particularly social housing. These have benefited in one way or another, of financial assistance included in housing plans and, therefore, are subject to some parameters defined by the regulations in force in each case.