Technische Universität München
Fachgebiet für Waldinventur und nachhaltige Nutzung (Institute of Forest Management)
www.forst.wzw.tum.de/ifm
Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung in der Waldwirtschaft und
Wechselwirkungen mit der Landwirtschaft
Thomas Knoke
© Roos
© Knoke © Knoke
©W
eber
1. Effizienzsteigerungen in der WaldwirtschaftStabilität – Produktivität – Risiko
2. Kurzumtriebsplantagen (KUP) im landwirtschaftlichen Flächen-PortfolioVariabilität von landwirtschaftlichen Deckungsbeiträgen –Pufferung mit Hilfe von KUP
3. Landnutzung aus weltweiter PerspektiveEntwaldungsproblematik – Flächenkonkurrenz – Emissionen
4. LösungsansätzeRekultivierung aufgegebener Flächen –Multifunktionale Perspektive
5. Fazit
Struktur
-2-
1. Effizienzsteigerungen in der Waldwirtschaft
-4-
RAUMSKALA
Landschaft
Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung in der Forstwirtschaft
BEISPIELE
Forstbetrieb(50 bis 20000 ha)
Waldbestand(3-4 ha)
Baumebene
Diversifikation Land- und Forstwirtschaft; Agroforstsysteme:Vor-/Nachteile der Verbundproduktion bzw. der
Economies of Scale
Logistik, Erntetechnologie,
Erschließung
VerbessertesPflanzmaterial
(Züchtung, Verwendung von
Klonen)
Pflege-konzepte
Pflanz-technik;
Saat
Bodenver-besserung
Bestandestyp: Rein- oder
Mischbestand; gleichaltrig oder
ungleichaltrig
Verjüng-ungs-
verfahren
Durch-forstung
Qualitäts-verbesserung;
Astung
Erntezeit-punkt
(Timing)
Neue Geschäfts-felder:
Ökosystem-leistungen
Ruheforst, Windräder, Hochseil-
garten
Betriebs-opti-
mierung
Ökologische Effekte: Eine Metaanalyse zu Mischbeständen
Griess und Knoke (2011) Canadian Journal of Forest Research 41: 1–19.
Schäden
Schäden
Verena
Grieß
(Professor
University of
British
Columbia)
Produktivität
-5-
Die Stabilität der Waldbestände hängt vom Bestandestyp ab
Neuner (in Vorbereitung) Dissertation, Technische Universität München.Neuner et al. (2015) Global Change Biology 21: 935-946.
Susanne
Neuner
-6-
Basierend auf Wald-
zustandserhebungen
(alle 1 bis 2 Jahre)
mit Daten aus
Rheinland-Pfalz,
Baden-Württemberg
u. Bayern. ~28.000
Fichten u. ~12.000
Buchen.
Produktivität im Mischbestand (Beispiel Buche – Fichte; Buche -Eiche)
Pretzsch et al. (2010) Annals of Forest Science 67: 712-724.Pretzsch (2013) Nova Acta Leopoldina NF 114, Nr. 391: 159 –174.
Pretzsch et al. (2010):1. Im Mischbestand Trockenmasseproduktion -46% bis +138%
(Referenz: Reinbestände identischer Anteile)
2. Mehrproduktion der Fichte durch Buchen-Beimischung v.a. auf schlechteren Standorten.
3. Mehrproduktion der Buche durch Fichten-Beimischung v.a. auf exzellenten Standorten.
Pretzsch (2013):1. Relativer Volumenzuwachs im Mischbestand +20%; in
Trockenmasse: +1,5 to/ha/J. V.a. Buche profitiert, Fichte etwa neutral.
2. Bei Buche – Eiche: +30 % oder +1,7 to/ha/J
-7-
Finanzielles Risiko hängt ebenfalls vom Waldaufbau ab
Roessiger et al. (2011) Forestry 84: 527-537 Roessiger et al. (2013) Ecological Modelling 255: 58-69
Jörg
Rößiger
Bestandestyp Mischbestand ungleichaltrig
Fichte rein Buche rein
Anteil Fichte (%) 80 100 -
Anteil Buche (%) 20 - 100
Durchschn. Annuität (€/ha/J)
195 222 99
Standardabweichung 25 57 17
Minimale Annuität (€/ha/J)
35 -8 -26
Verjüngungszeitraum 60 bis 120 80 (Kahlhieb) 120 (Kahlhieb)
Achtung: Wachstum Buche und Fichte nicht aktuell (basiert auf Ertragstafeln), Lichtwuchseffekte noch unberücksichtigt.
-8-
Naturnahe Bewirtschaftung kann höhere finanzielle Erträge durchverbessertes „Timing“ bringen
Roessiger et al. (2016) European Journal of Forest ResearchDOI 10.1007/s10342-015-0935-6.
Die Beachtung der individuellen Hiebsreife von verschieden schnell wachsenden Bäumen kann den Kapitalwert der Waldbewirtschaftung um bis zu 50% erhöhen. Fallbeispiel für einen slowenischen Plenterwald (alle Altersstufen auf derselben Fläche) mit aktuellen Wachstumsdaten.
Kapitalwert
[€ pro ha]
Annuität
[€ pro ha pro Jahr]
Feste
Erntedurchmesser 4300 97
Variable
Erntedurchmesser 6800 153
-9-
Griess und Knoke (2013) European Journal of Forest Research 132: 511-522Knoke und Seifert (2008) Ecological Modelling 210: 487-498.
Überlebenskurven (mittleres Standortsniveau) aus Griess et al. (2012)
gekoppelt mit bioökonomischen Modell von Knoke und Seifert (2008).
-10-
Annuität
Annuität)
Finanzieller Ertrag und Risiko im Rein- und Mischbestand (gleichaltrig)
2. Kurzumtriebsplantagen (KUP) im landwirtschaftlichen Flächen-Portfolio
© Hauk
Hauk (2015, eingereicht) Dissertation, Technische Universität München (kooperative Dissertation mit HSWT). WG35: 35% Wassergehalt.
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Pro
du
zen
ten
pre
is [€
dt-
1]
Winterweizen
Körnermais
Speisekartoffeln
Waldhackschnitzel WG35
200 20042003 2005 2006
3
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Landwirtschaft ist durch hohe Volatilität der Preise gekennzeichnet
Sebastian
Hauk
-12-
Unterstützt durch
Dr. Markus Gandorfer
0
500
1000
1500
2000
2500
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Decku
ng
sb
eit
rag
[€
ha
-1a
-1]
Beispiel: Deckungsbeitrag von Körnermais
Hauk (2015, eingereicht) Dissertation, Technische Universität München.-13-
0
500
1000
1500
2000
2500
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Decku
ng
sb
eit
rag
[€
ha
-1a
-1]
Körnermais KUP
Deckungsbeiträge (Annuität bei KUP): Körnermais und KUP im Vergleich
Hauk et al. (2015) BioEnergy Research 8: 1401-1413Hauk et al. (2014a) Biomass and Bioenergy 67: 401–412; Hauk et al. (2014b) Renewable and Sustainable Energy Reviews 29: 435–448;Hauk (2015, eingereicht) Dissertation, Technische Universität München. -14-
0
500
1000
1500
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2500
0 200 400 600 800 1000
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ha
-1a
-1]
Standardabweichung des Portfolios [€ ha-1 a-1]
Mit KUP Ohne KUP
KUP 100%
Gerste 27%
Silomais 48%
Raps 25%
Weizen 33%
Raps 1%
Zuckerrüben 33%
Kartoffeln 33%
Deckungsbeiträge und Standardabweichungen verschiedener Mischungen
Hauk (2015, eingereicht) Dissertation, Technische Universität München.-15-
3. Landnutzung aus weltweiter Perspektive
Wald- und Landwirtschaft konkurrieren um dieselbe Fläche: Umwandlung von natürlichen Ökosystemen
Hooke et al. (2012) GSA (Geological Society of America) Today 22. doi: 10.1130/GSAT151A.1.
Seit 1700 hat die Welt ungefähr 1.8 Milliarden (109) ha Wald verloren. Etwa 40 % der globalen landwirtschaftlichen Flächen gelten als degradiert.
-17-
1 Global Forest Resource Assessment (2010) (FAO Forestry Paper 163, FAO, Rome: xvi)2 Baumert et al. (2005) Washington, DC: World Resources Institute.
http://pdf.wri.org/navigating_numbers.pdf
• Verlust von ~ 13 Millionen ha Naturwald pro Jahr1
• 12-15 % der gesamten Emissionen an Treibhausgasen
• + 10-14 % direkte Emissionen aus der Landwirtschaft2
Jährlichen Veränderungen
-18-
Ausdehnung von Wald und weniger landwirtschaftliche Fläche:Preis für Mais: + 100 % bis + 180 %
Steuer auf CO2-Emissionen der Landnutzung
Unbewirtschaftete Wälder
Bewirtschaftete Wälder
Globale
Land-
fläche
(in %)
Weide
Ackerfrüchte
Wise et al. (2009) Science 324: 1183–1186. -19-
http://www.agrofuels.net/?page_id=247
Der Schutz des Tropenwaldes wird eher schwieriger als leichter,
weil wir immer zahlreicher werden
http://www.fao.org/fileadmin/templates/wsfs/docs/expert_paper/
How_to_Feed_the_World_in_2050.pdf
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Gestiegene Preise für Lebensmittel sind ein Indikator für größer werdende Knappheit
Tortillakrise 2007
-20-
4. Lösungsansätze
Fisc
her
et
al. (
20
11
) Sc
ien
ce3
34
: 59
3.
Wie kann der Tropenwald bei gleichzeitig hoher Produktion von Nahrungsmitteln erhalten werden?
Existierende Konzepte:
• Designer landscapes (Koh et al. 20091)
• Agroforestry (Perfecto und Vandermeer 20102)
• Land-sparing (Phalan et al. 20113)
• Integrative Ansätze (Fischer et al. 20114, Knoke et al. 20125,
Paul und Knoke 20156)
• Betrachtung hoher Preise für landwirtschaftliche Produkte
• … und Rekultivierung aufgegebener Flächen fehlen bisher
1Trends in Ecology and Evolution 24: 431-438.2 Proceedings of the National Academy of Sciences USA 107: 5786–5791.3 Science 333: 1289-1291.4 Science 334: 593.5 Frontiers in Ecology and the Environment 10: 438-445. 6 International Forestry Review 17: 210-230. -22-
Carola Paul
Aufgegebene Flächen am Beispiel Süd-Ecuadors (San Francisco Tal)
Göttlicher et al. (2009) International Journal of Remote Sensing 30: 1867-1886.
In manchen Regionen
Ecuadors bis zu 68 %
der landwirtschaftlichen
Flächen
Aufgegebene Weiden
-23-
http://www.tropicalmountainforest.org/
Betrachtete Komponenten der Landnutzung am Beispiel Ecuadors
Tropenwald
Büsche/
Farn
Weiden
bewirt-
schaftet
Kultiviert Andere Flächen
Forst-Plantage
Produktion
Klima-
Regulierung
Modell:
Ziele der
Farmer
Steuermög-
lichkeiten
Entschei-
dungs-
variablen
Land-
nutzung
Land-
bedeckung
Schutzgebiet/
Nationalpark
Unbe-
wirt-
schaftet
Bewirt-
schaf-
tetWeide Ackerland
Infrastruktur/
ungenutzt
Aufforstung
Verlassene Weiden
Weide-Rekultivierung
↔↔↔
C-Speicher Vermiedene
C-Emission
Zusätzliche C-
Speicherung
C-Emission
Naturschutz-
zahlungen
Landwirtschaftliche
Zuschüsse
Tropenholz Plant.
Holz
Milch/Fleisch Getreide
Balancieren ökonomischen Gewinn und
eingegangenes Risiko
Farmer verteilen Land auf Optionen (Hektare)
↔
Knoke et al. (2013) Global Environmental Change 23: 1064-1072.-24-
Ökonomische Modellierung basiert auf erweitertem Thünen-Ansatz
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Gew
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pro
zu
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sam
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(U
S$ p
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Anteil Acker (in %)
Gewinn pro zusätzlichem Hektar Wald
Gewinn pro zusätzlichem Hektar Acker
Gesamter Gewinn pro Hektar
Gleichgewicht:
70 % Landwirtschaft
30 % Wald
Viel Wald Wenig Wald
Modell wird um Risikoeffekte erweitert, um realistischere Perspektive zu erhalten: Farmer diversifizieren ihre Landnutzung
Knoke et al. (2011) Ecological Economics 70: 1139-1153.
Z.B.: Macmillan (1992) Geographical Analysis 24: 142-158.
-25-
Untersuchte Szenarien
Reforestation
Pasture
Pasture
A. Kompensations-Zahlungen (KO): Farmer erhalten Geld, um den Wald nicht in landwirtschaftliche Nutzung umzuwandeln (Deckung „Opportunitätskosten“, Bezahlung fürs Nichtstun)
B. Kompensationen + Forstwirtschaft (KO plus Forstw.) (Naturwaldbewirtschaftung/Aufforstung):Wie A., aber aufgegebenes Land und Naturwald werden berücksichtigt
Ro
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as“.
C. Strategie B. plus Finanzhilfe Rekultivierung ehemaliger Weide (KO, Forstw., Finanzhilfe Rekultivierung) 8 Varianten
-26-
Ergebnisse: CO2 Emissionen und Kosten für Erhalt des Tropenwaldes
1,3 %
3,1 %
5,0 %
7,1 %8,7 %
10,3 %
11,9 %
13 % rekultivierte
Fläche
-420
-370
-320
-270
-220
-170
-120
-70
-20
30
80
130
180
700 750 800 850 900 950 1000
CO2 Emission(mio. Tonnen)
Kompensationen und landwirtschaftliche Förderung (Millionen US$ pro Jahr)
Nur Kompensationen (KO)
KO plus Forstwirtschaft (Aufforstung, Naturwaldmanagement)
KO, Forstwirtschaft und Rekultivierung ehemaliger Weiden
Genug Nahrung für 2050 (19,5 Millionen Bürger)
Gegenüber einem reinen Schutzkonzeptsind massive Reduktionen der Kostendurch Integration produktiverLandnutzungsoptionen möglich
-27-
Rekultivierung bei Multifunktionalität: Verteilung von Land auf Landnutzungstypen
-28-
20 %
10 %
25 %
21 %
24 %
Hergeleitet mit Hilfe von 22 Indikatoren für Ökosystemleistungen und der “Kompromiss-Programmierung” unter Einbezug von Unsicherheitsmengen. Knoke et al. (2014) Nature Communications 5: Artikel 5612 (Indikatoren). Uhde et al. (2015) Environmental Management 56: 373-388 (Multiple Zielsetzungen).Tamiz et al. (1998) European Journal of Operational Research 111: 569-581 (Programmierung).Knoke et al. (2015) Ecological Economics 120: 250-259 (Unsicherheit).
Zunehmende Unsicherheiten ->
Britta
Uhde
Übertragung in die Landschaft
Ein Regel basierter Ansatz.-29-
Baltazar
Calvas
Luz M.
Castro
Santiago
Ochoa
Martin
Döllerer
5. Fazit
Lösungen für die weltweiten Landnutzungsprobleme lassen sich nur finden durch:
• … Landschaftsansätze, die alle Landnutzungsformen simultan betrachten: Trennung von Land-und Forstwirtschaft ist dabeihinderlich …
• … multidisziplinäre Forschungsansätze …
• … Initiativen zur Restaurierung ungenutzter Landflächen …
• … tragfähiges Einbeziehen von Ökosystemleistungen in die Betrachtung (Punkt für die Diskussion) …
-31-
International Forestry Review 17: 210-230.
https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/31917/
Dank an ein super Team …
(aktuelle und ehemalige
Mitarbeiter/innen)
Dr. IFM
… und für das nötige „Kleingeld“ …
Diskussion
Einbezug von Ökosystemleistungen
„Until recently mankind has more or less taken for granted the
gas-exchange, water-purification, nutrient-cycling, and other
protective functions … . Now, of course, it is painfully evident
that such balances are being affected, often detrimentally.“
Odum (1969) Science 164: 262-270.
Erosion durch Wasser
http
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ildm
adagasca
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adagas
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l_11.JP
GEugene P. Odum hat ein
Compartment-Modell vorge-
schlagen (siehe differenzierte
Landnutzung): Eine Mischung aus
verschiedenen Ökosystemen
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Aber wie viel von einem bestimmten Ökosystem solltenwir denn haben?
Quantitative Optimierungsidee basiert auf vielen Indikatoren
Tamiz et al. (1998) European Journal of Operational Research 111: 569-581.
Minimierung des größten zu tolerierenden Abstandes
Ist eine Variante der Zielprogrammierung (Goal Programming)
Für 22 Indikatoren mit 25=32 unsicheren Sets an Input-Parametern benötigen wir 704
Funktionen, um die Distanzen zum Maximalwertzu kontrollieren
Variation der Indikatoren auf Landschaftsebene
Ergebnisse aus einem neuen Multi-Autoren Manuskript.