Search

Publisher Copyright: © 2022 selection and editorial matter, Tim Horstkotte, Øystein Holand, Jouko Kumpula and Jon Moen. Reindeer husbandry is an important economic activity in the Arctic. Growth rate and productivity of reindeer populations depend on pasture conditions, but herders’ decisions are also influenced by economic factors. Thus, to understand the reindeer husbandry system, an economic–ecological analysis is needed. Bioeconomic models provide a suitable approach for studying economic–ecological systems. Reindeer populations, as well as their pastures, can be viewed as biological resources utilized in reindeer husbandry. To analyse optimal herd structure and slaughter strategy, structured models are needed. This chapter employs a bioeconomic, age- and sex-structured reindeer-pasture model to study economically sustainable adaptation and management under different conditions. The model is run for three hypothetical herding districts, which represent the typical variation in conditions between and within Fennoscandian countries. The chapter analyses how these differences in ecological and economic conditions affect the model solutions and explores optimal herd sizes, slaughter and feeding strategies, lichen biomass dynamics and net revenues under different conditions. Finally, the chapter discusses and compares economic incentives, pasture conditions and government regulation in Nordic countries in the light of the model analysis.

Wild and semidomesticated reindeer are one of the key species in Arctic and subarctic areas, and their population dynamics are closely tied to winter conditions. Difficult snow conditions have been found to decrease the calving success and survivability of reindeer, but the economic effects of variation in winter conditions on reindeer husbandry have not been studied. In this study, we combine state-of-the-art economic-ecological modeling with the analysis of annual reindeer management reports from Finland. These contain local knowledge of herding communities. We quantify the occurrence probabilities of different types of winters from annual management reports and analyze the effects of this variation in winter conditions on reindeer husbandry using an age- and sex-structured bioeconomic reindeer-lichen model. Our results show that difficult winters decrease the net revenues of reindeer husbandry. However, they also protect lichen pastures from grazing, thereby increasing future net revenues. Nonetheless, our solutions show that the variability of winter conditions overall decrease the net income of herders compared to constant winter conditions. Low lichen biomass appears to make reindeer management more sensitive to the effects of difficult winter conditions. We also found that it is economically sensible to use supplementary feeding during difficult winters, but the net revenues still decrease compared to average winters because of the high feeding costs. Overall, our analysis suggests that the increasing variability of winter conditions due to climate change will decrease net revenues in reindeer husbandry. This decrease will still occur even if the most extreme effects of climate change do not occur. This study shows that combining a state-of-the-art bioeconomic model and practitioner knowledge can bring compatible insights, ideas, results, and a bottom-up perspective to the discussion.

The reindeer (Rangifer tarandus L.) is a key species in Fennoscandia, where nearly 40% of the land area is used as reindeer pasture. Reindeer herding is an important source of income for local people and an intrinsic part of the Sami culture In this thesis, the reindeer herding system is studied using a detailed interdisciplinary dynamic model. An age- and sex-structured reindeer-lichen model is developed using findings from previous research and novel data. The model also takes other winter resources, including supplementary food, into account in addition to ground lichens. This ecological model is combined with economic optimization and a description of the herding system with empirically estimated prices, costs, and governmental subsidies. The model is validated and calibrated to describe the reindeer herding system in the northern part of Finnish Lapland. The results for population dynamics without harvesting show that the reindeer-lichen system described by the model is unstable in the absence of predators. However, high availability of arboreal lichens stabilizes the system. In economically optimal solutions increasing the interest rate increases the steady-state reindeer population level, opposite to classical understanding in resource economics. Natural mortality is close to zero in optimal steady-state solutions and harvesting is concentrated on calves. The number of adult males is kept as low as possible without decreasing the reproduction rate of the population. This leads to much higher shadow values for males compared to females. The results show that in order to study sustainable and economically viable reindeer management, both ecological and economic factors must be taken into account, as they strongly affect the solutions and management recommendations. One of the main findings is that the economically optimal steady-state lichen biomass can be surprisingly low. High interest rate, lack of pasture rotation, low growth rate of ground lichen, high availability of arboreal lichens, and government subsidies all decrease the steady-state lichen biomass. Using intensive supplementary feeding to support larger reindeer herds, which leads to the depletation of lichens, can additionally become optimal in certain cases. When recovering from overgrazed lichen pastures, use of supplementary feeding and the amount of arboreal lichens have an important role in the optimal adaptation process. The wintertime wastages estimated in this study are close to earlier suggestions, but summertime wastage is higher than expected. Seasonal pasture rotation could thus considerably help reduce the summertime trampling of winter pastures. The model validation solutions show that the model is able to describe changes in lichen biomass with good accuracy. Using the validated model and calibrated wastage values we found that reindeer numbers in northernmost Finland in the present situation are in most cases higher than in the management solutions given by the model. Tässä väitöskirjassa kehitetään, parametrisoidaan ja validoidaan yksityiskohtainen taloudellis-ekologinen malli poropopulaatiosta, sen energiaresursseista ja käytöstä. Mallin avulla tutkitaan paliskunnan mahdollisimman suurta kestävää tulotasoa tavoittelevaa teurastusta, populaation ruokintaa ja laidunten käytön säätelyä. Erilaisiin lähtökohtiin perustuvia arvioita taloudellis-ekologisista optimiratkaisuista verrataan poronhoidon nykytilaan. Poronhoito on merkittävä elinkeino erityisesti Ylä-Lapin alueella ja samalla kiinteä osa saamelaista kulttuuria. Poro (Rangifer tarandus L.) vaikuttaa arktiseen ympäristöön ja populaation omiin ravintoresursseihin erityisesti jäkälikköjä kuluttamalla. Poron riippuvuus jäkälän määrästä vastaakin ekologiassa paljon tutkittua dynaamista kuluttaja-resurssi – systeemiä. Taloudellinen tarkastelu lisää tähän klassiseen ekologiseen malliin ihmisen vaikutuksen luonnonvarojen hyödyntäjänä ja muokkaajana. Tämä lisäys on välttämätön, jotta poronhoidosta saataisiin kuva pohjoiseen arktiseen luontoon sopeutuneena tärkeänä ja kulttuurisesti omaleimaisena taloudellista ylijäämää tavoittelevana elinkeinona. Väitöskirjan malli perustuu poro-jäkälä dynamiikkaan, mutta sisältää myös muut luontaiset ravintolähteet sekä lisärehun. Ekologinen malli nojaa laajasti käytettyihin teorioihin ja metodeihin, kuten eläinyksilöiden optimaalisen ravinnon valinnan teoriaan ja dynaamiseen ikä- ja sukupuoliluokkaiseen mallirakenteeseen. Optimointi ratkaistaan kehittyneillä matemaattisilla algoritmeilla. Malli sisältää yksityiskohtaisen kuvauksen tuloista, kustannuksista, poronhoidolle maksetuista tuista ja huomioi korkokannan vaikutukset. Tuloksena on aikaisempaa tutkimusta oleellisesti realistisempi monitieteinen kuvaus poro-laidun dynamiikasta ja porotaloudesta. Vastoin luonnonvarataloustieteen klassista tulosta poropopulaation optimaalinen koko on realistisilla positiivisilla korkokannoilla suurempi kuin koron ollessa nolla. Vastaavasti jäkälämäärä on alhaisempi. Yksi tutkimuksen päätuloksista on, että, taloudellisesti optimaaliset teurastukset kohdistetaan vasoihin. Aikuiset naaraat on kannattavinta teurastaa yhdeksän ja koiraat viiden vuoden ikäisinä. Verrattuna aikaisempaan tutkimukseen yksi väitöskirjan mallien edistysaskel on joustavan poron polygamisen luonteen huomioivan pariutumismallin käyttäminen. Tämän seurauksena saadaan arvio optimaalisesta populaation sukupuolijakaumasta samoin kuin eri sukupuolta olevien eläinyksilöiden taloudellisesta arvosta. Sovelletussa pariutumismallissa sekä koiras-naaras suhde että koiraiden ja naaraiden ikäluokkarakenne vaikuttavat syntyvien vasojen määrään. Koiraiden määrä voidaan pitää pienenä niiden korkean lisääntymiskyvykkyyden seurauksena. Tästä seuraa, että marginaalisen koiraan taloudellinen arvo on naarasta korkeampi. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tutkittaessa taloudellisesti kestävää poronhoitoa tulee sekä ekologiset että taloustieteelliset tekijät huomioida monipuolisesti. Yksi väitöskirjan päätuloksista on, että taloudellisesti optimaalinen jäkäläbiomassa on selvästi pienempi kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tähän on sekä ekologisia ja taloudellisia että poronhoidollisia syitä: korkea korko, vähäinen vanhan metsän määrä, laidunkierron puuttuminen, runsas lupon määrä ja valtion suorat tulotuet alentavat kaikki jäkäläbiomassan määrää tasapainotilassa. Lisäksi joissain tapauksissa intensiiviseen lisäruokintaan pohjautuva poronhoito saattaa olla taloudellisesti kannattavinta. Tämä johtaa alhaisiin jäkälämääriin ja jäkälälaidunten kulumiseen. Väitöskirjassa arvioitu talviaikainen jäkälän hukkaantuminen laidunnuksen seurauksena vastaa jo aikaisemmissa optimointimalleissa käytettyä, mutta kesäaikainen jäkälän hukkaantuminen on tallaantumisen vuoksi huomattavasti suurempaa. Tulos korostaa vuodenaikaisen laidunkierron merkitystä jäkälän kulumisen estämisessä. Validointitulokset osoittavat, että malli pystyy myös hyvin kuvamaan jäkälän määrän kehitystä. Validoidulla mallilla tehdyt arviot taloudellisesti optimaalisesta jäkälämäärästä ovat korkeampia verrattuna laidunten nykytilaan poronhoitoalueella. Jäkälän lisääminen tasolle, jossa taloudellisesti kannattava poronhoito voi perustua luonnonlaitumiin kestää mallilla saatavien arvioiden mukaan vuosikymmeniä ja vaatisi osin myös voimakkaita poromäärien leikkauksia. Myös lisäruokinnan käyttäminen on kannattavaa sopeutumisen alkuvuosina. Kuitenkaan välittömillä teurastuksilla toteutettu mahdollisimman nopea sopeutumisratkaisu jäkäliköiden elvyttämiseksi ei näytä taloudellisesti perustellulta. Hitaampi sopeuttaminen hyödyntää paremmin poropopulaation ikäluokkarakennetta ja huomioi poronomistajien tarpeen säilyttää riittävä tulotaso myös sopeuttamisjakson aikana. Bioekonomisia malleja on metsä- ja kalataloudesta käytetty runsaasti käytännön kysymysten ja suositusten laatimiseen. Myös tässä väitöskirjassa kehitettyä porotalouden mallia voidaan käyttää monien empiiristen, soveltavien ja käytännön kysymysten tarkasteluun. Mallilla voidaan tutkia kilpailevien maankäyttömuotojen aiheuttamia kustannuksia ja esimerkiksi erilaisten geneettisten muutosten taloudellista potentiaalia. Lisäksi voidaan arvioida petoeläinten porotaloudelle aiheuttamia kustannuksia. Maa- ja metsätalousministeriö määrittää kymmenvuosittain suurimmat sallitut poroluvut eri paliskunnille. Kehitetyllä mallilla voidaan tuottaa erilaisiin lähtökohtiin perustuvia arvioita taloudellis-ekologisesti perustelluista poromääristä. Mallin dynaaminen rakenne huomioi ikäluokkarakenteesta syntyvät viiveet sopeutumisprosesseissa ja näin voidaan arvioida kannattavimpia sopeutumispolkuja nykytilanteesta kohti tavoiteltavia poromääriä.

This study presents an optimal harvesting model for the semi-domesticated reindeer (Rangifer t. tarandus) and its main winter energy source, ground lichens (Cladonia spp.). Females are divided into 17 age classes and males into 13. Reproduction is specified by a modified harmonic mean mating function and an age-specific reproduction success. Lichen availability determines individuals’ overwinter weight decrease, natural mortality, the number of calves per females and calves’ birth weight. The reindeer herding cooperative can choose the number of animals harvested from the 30 age/sex classes and is assumed to maximize the preset value of net income. The structured optimization model is solved as a fully dynamic system and for initial states that may not be close to the optimal steady state. This enables to study optimal recovery from overgrazed pastures and the optimality of the constant escapement policy. We show that given zero interest rate the optimal steady-state lichen density is less than 50% of the maximum sustainable yield level but nearly twice as high as empirically observed. Density dependence at optimal equilibrium is realized in calf weight and in the average number of calves per female. Optimal slaughtering is concentrated on six-month-old calves. Adult females are slaughtered at the age of 9.5 years and males at the age of 5.5 years. A moderate or high interest rate increases the steady state reindeer population but decreases pasture conditions. Dynamic solutions deviate from constant escapement, implying that the optimal recovery from initially overgrazed pastures is slower than suggested in existing studies and actual policy. The shadow value for males is three times higher than for females.