Analysis and application of Multi-Criteria Decision-Making methods for the prioritization and economic valuation of ecosystem services

Abstract

[ES] Los ecosistemas proveen al ser humano de múltiples servicios ecosistémicos, es decir, beneficios que tanto directa como indirectamente aportan bienestar a la sociedad. Sin embargo, los espacios naturales están sufriendo un retroceso de gran parte de sus servicios ecosistémicos a través de su progresiva degradación debida, entre otros factores, a las transformaciones intensivas sufridas las últimas décadas. Este hecho se debe, en gran medida, a que solamente algunos servicios ecosistémicos, mayormente los que forman parte del mercado económico, son comúnmente valorados por la población. La valoración económica de servicios ecosistémicos resulta fundamental como punto de partida para la posterior toma de decisiones y la instauración de políticas ambientales en busca del desarrollo sostenible de los ecosistemas. Como alternativa a los métodos clásicos de valoración ambiental y agraria, la utilización de técnicas de decisión multicriterio, especialmente los de comparación pareada, permite la priorización de los servicios ecosistémicos como paso previo a su valoración. En esta tesis doctoral se pretende acercar el uso de estas técnicas al ámbito de la valoración económica de servicios ecosistémicos. Para ello, se han realizado una serie de casos de estudio para, en primer lugar, comprobar que las técnicas en red son más acordes al objeto de estos estudios. En segundo lugar, la investigación realizada tiene por objeto analizar, y en su caso mejorar, dichas técnicas para intentar simplificar los procedimientos desde un punto de vista práctico, manteniendo en cualquier caso el rigor metodológico y la consistencia de los resultados obtenidos. Dentro de estas técnicas, el Proceso Analítico Jerárquico (Analytic Hierachy Process, en inglés) es el más utilizado. Sin embargo, y como se ha comprobado en los dos primeros casos de estudio realizados, este método no resulta el más apropiado en ámbitos de estudio complejos en los que los criterios están total o parcialmente interconectados entre sí al no ser capaz de capturar dichas relaciones debido a su estructura jerárquica. Alternativamente, las técnicas multicriterio en red, especialmente el Proceso Analítico en Red (Analytic Network Process, en inglés), si son capaces de capturar todas estas interacciones. Sin embargo, el Proceso Analítico en Red también presenta algunos inconvenientes a la hora de ponerlo en la práctica Entre ellos, destaca su mayor complejidad y el tiempo que deben invertir los expertos en la realización de los cuestionarios con las comparaciones por pares de cada elemento, especialmente cuantos más criterios deban priorizarse, lo cual provoca muchas veces una sensación de cansancio y repetición que puede llegar en ocasiones a alterar los resultados obtenidos. Por ello, en los siguientes casos de estudio, se ha estudiado el uso de un método multicriterio en red híbrido alternativo, DANP como alternativa. Metodológicamente, esta técnica resulta mucho más sencilla siendo fácilmente entendible por todos los decisores y expertos, si bien su diseño metodológico no permite la medición de la consistencia en comparación con los otros métodos estudiados. Aunque a grandes rasgos, los resultados al usar esta técnica mantienen cierta correlación con los obtenidos por el Proceso Analítico en Red, no son totalmente compatibles. En cualquier caso, en los casos de estudio realizados la mayoría de los expertos participantes han mostrado su preferencia hacia los los resultados obtenidos por este método híbrido. Por otro lado, se presenta también un estudio de la influencia de los factores socioculturales y geográficos sobre los estudios de priorización y valoración económica de los servicios ecosistémicos. Vistos los resultados y conclusiones obtenidas a lo largo de la disertación, en el último capítulo se propone un nuevo enfoque, manteniendo el uso del método híbrido DANP, como alternativa a las técnicas actuales, abriendo el camino hacia nuevas líneas de investigación futuras.

[CA] Els ecosistemes proveeixen a l'ésser humà de múltiples serveis ecosistèmics, és a dir, beneficis que tant directa com indirectament aporten benestar a la societat. No obstant això, els espais naturals estan patint un retrocés de gran part dels seus serveis ecosistèmics a través de la seua progressiva degradació deguda, entre altres factors, a les transformacions intensives patides les últimes dècades. Aquest fet es deu, en gran mesura, al fet que solament alguns serveis ecosistèmics, majorment els que formen part del mercat econòmic, són comunament valorats per la població. La valoració econòmica de serveis ecosistèmics resulta fonamental com a punt de partida per a la posterior presa de decisions i la instauració de polítiques ambientals a la recerca del desenvolupament sostenible dels ecosistemes. Com a alternativa als mètodes clàssics de valoració ambiental i agrària, la utilització de tècniques de decisió multicriteri, especialment els de comparació per pars, permet la priorització dels serveis ecosistèmics com a pas previ a la seua valoració. En aquesta tesi doctoral es pretén apropar l'ús d'aquestes tècniques a l'àmbit de la valoració econòmica de serveis ecosistèmics. Per a això, s'han realitzat una sèrie de casos d'estudi per a, en primer lloc, comprovar que les tècniques en xarxa són més concordes a fi d'aquests estudis. En segon lloc, la investigació realitzada té per objecte analitzar, i si és el cas millorar, aquestes tècniques per a intentar simplificar els procediments des d'un punt de vista pràctic, mantenint en qualsevol cas el rigor metodològic i la consistència dels resultats obtinguts. Dins d'aquestes tècniques, destaca el Procés Analític Jeràrquic (Analytic Hierachy Process, en anglés) com al més utilitzat. No obstant això, i com s'ha comprovat en els dos primers casos d'estudi realitzats, aquest mètode no resulta el més apropiat en àmbits d'estudi complexos en els quals els criteris estan totalment o parcial interconnectats entre si al no ser capaç de capturar aquestes relacions a causa de la seua estructura jeràrquica. Alternativament, les tècniques multicriteri en xarxa, especialment el Procés Analític en Xarxa (Analytic Network Process, en anglés), si són capaços de capturar totes aquestes interaccions. No obstant això, aquest mètode també presenta alguns inconvenients a l'hora de posar-lo en la pràctica Entre ells, destaca la seua major complexitat i el temps que han d'invertir els experts en la realització dels qüestionaris amb les comparacions per parells de cada element, especialment quants més criteris hagen de prioritzar-se, la qual cosa provoca moltes vegades una sensació de cansament i repetició que pot arribar a vegades a alterar els resultats obtinguts. Per això, en els següents casos d'estudi, s'ha estudiat l'ús d'un mètode multicriteri en xarxa híbrid, DANP, com a alternativa. Metodològicament, aquesta tècnica resulta molt més senzilla sent fàcilment comprensible per tots els decisors i experts, si bé el seu disseny metodològic no permet el mesurament de la consistència en comparació amb els altres mètodes estudiats. Encara que a grans trets, els resultats en usar aquesta tècnica mantenen una certa correlació amb els obtinguts pel Procés Analític en Xarxa, no són totalment compatibles. En qualsevol cas, en els casos d'estudi realitzats la majoria dels experts participants han mostrat la seua preferència cap als resultats obtinguts per aquest mètode híbrid. Finalment, es presenta també un estudi de la influència dels factors socioculturals i geogràfics sobre els estudis de priorització i valoració econòmica dels serveis ecosistèmics. Vistos els resultats i conclusions obtinguts al llarg de la dissertació, en l'últim capítol es proposa un nou enfocament, mantenint l'ús del mètode híbrid DANP, com a alternativa a les tècniques actuals, obrint el camí cap a noves línies d'investigació futures sobre aquest tema.

[EN] Ecosystems provide humans with multiple ecosystem services; these benefits directly and indirectly contribute to the well-being of society. However, natural spaces are suffering a decline in a large part of their ecosystem services through their progressive degradation due, among other factors, to the intensive transformations suffered in recent decades. This is mainly because only some ecosystem services, particularly those that are part of the economic market, are commonly valued by the population. The economic valuation of ecosystem services is essential as a starting point for subsequent decision-making and implementing environmental policies in pursuit of sustainable ecosystem development. As an alternative to the classical methods of environmental and agricultural valuation, multi-criteria decision techniques, especially those of paired comparison, allow the prioritization of ecosystem services as a step before their valuation. This doctoral thesis aims to bring the use of these techniques to the field of economic valuation of ecosystem services. To this end, a series of case studies have been carried out to verify that the network techniques align with the object of these studies. Secondly, the research aims to analyze and, if necessary, improve these techniques to simplify the procedures from a practical point of view while maintaining methodological rigor and consistency in the results obtained. Within these techniques, the Hierarchical Analytical Process is the most widely used. However, as shown in the first two case studies, there are more appropriate methods in complex study areas where the criteria are totally or partially interconnected, as they cannot capture these relationships due to their hierarchical structure. Alternatively, multi-criteria network techniques can capture all these interactions, especially the Analytical Network Process. However, this method also has some drawbacks when putting it into practice. Among them, it is more complex, and the time experts must invest in carrying out the questionnaires with the pairwise comparisons of each element, especially the more criteria to be prioritized, which often leads to a feeling of fatigue and repetition that can sometimes alter the results obtained. Accordingly, a hybrid multi-criteria network method, DANP, has been studied as an alternative in the following case studies. Methodologically, this technique is much more straightforward and can be easily understood by all decision-makers and experts. However, its methodological design does not allow consistency measurement compared to the other methods studied. Although this technique's results sustain a certain correlation with those obtained by the Analytical Network Process, they are only partially compatible. In any case, in the case studies carried out, most of the participating experts have shown their preference for the results obtained by this hybrid procedure. Eventually, this dissertation also delves into the influence of sociocultural and geographic factors on the prioritization and economic valuation of ecosystem services. Building on the insights gained, the final chapter proposes a new approach, maintaining the use of the hybrid DANP method. This novel approach challenges the current techniques and paves the way for new research in this field.