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

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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

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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

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[€

ha

-1a

-1]

Beispiel: Deckungsbeitrag von Körnermais

Hauk (2015, eingereicht) Dissertation, Technische Universität München.-13-

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500

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1500

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2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

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ng

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[€

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-

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500

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-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

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al. (

20

11

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: 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

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Gew

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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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8).

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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

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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.