Ökonomische Analyse forstlicher Bestandesbehandlung | Economic Analysis of Forest Stand Management

Die ökonomische Analyse forstlicher Bestandesbehandlung dient dem Verständnis einer effizienten Produktion des nachwachsenden Rohstoffs Holz in einer Welt knapper Ressourcen – die vorliegende Arbeit strebt dafür in Anlehnung an Möhring (2009) einen Brückenschlag zwischen ökonomischer Theorie und forstlicher Praxis an. Im Sinne der normativen Entscheidungstheorie ist es übergeordnetes Ziel dieser Arbeit, rationale Entscheidungen im Rahmen der forstlichen Bestandesbehandlung sowie die ökonomischen Konsequenzen ausgewählter waldbaulicher Handlungsalternativen aufzuzeigen. Der resultierenden Komplexität wird mit zwei unterschiedlichen Ansätzen der Modellbildung begegnet, anhand derer die Teilziele der Arbeit in zwei unabhängigen, sich methodisch ergänzenden, Kapiteln bearbeitet werden. Kapitel 2 analysiert die Ökonomie der forstlichen Bestandesbehandlung anhand eines theoretischen Analyserahmens. Ziel dieses Kapitels ist die numersiche Bestimmung der jeweils optimalen Bestandesbehandlung vor dem Hintergrund unterschiedlicher Modellprämissen. Grundlage bildet dabei ein stark vereinfachtes forstliches Produktionsmodell (Abschnitt 2.1), welches die numerische Bestimmung optimaler Bestandesbehandlungspfade ermöglicht. Ausgehend vom Fall der maximalen Volumenleistung (Abschnitt 2.2.1) wird die Modellkomplexität durch schrittweise Einführung von Prämissen erhöht und damit eine systematische Analyse der resultierenden Veränderungen von Zielfunktion und Optimalitätsbedingung ermöglicht. Es werden zunächst konstante (Abschnitt 2.2.2), dann zeit- (Abschnitt 2.2.3) und schließlich dimensionsabhängige (Abschnitt 2.2.4) Deckungsbeiträge zur Bewertung der Vor- und Endnutzungsvolumina eingeführt. Während konstante Deckungsbeiträge lediglich die Zielgröße, nicht aber die Bestandesbehandlung verändern, führen zeit- und dimensionsabhängige Deckungsbeiträge im Optimum zum Verzicht auf Bestandesvolumenzuwachs. Über Zeitpunkt und Ausprägung der Einbußen entscheidet dabei der spezifische Verlauf der Deckungsbeitragsfunktion. Ein mit der Zeit konstant steigender Deckungsbeitrag kann als negativer Kalkulationszinssatz interpretiert werden und führt zur Realisierung möglichst hoher Bestandesvolumina zu möglichst späten Zeitpunkten. Demgegenüber führen dimensionsabhängig steigende Deckungsbeiträge zur Förderung der mittleren Einzelbaumdimension durch verringerte Bestandesdichten in der Bestandesjugend – je höher das monetäre Spannungsverhältnis zwischen gering- und hochdimensionierten Sortimenten, desto geringer die Bestandesdichte und damit stärker die Zuwachslenkung auf weniger Einzelbäume. Gleichzeitig werden die Vorteile der höheren Einzelbaumdimensionen durch verlängerte Produktionszeiten umso länger ausgenutzt, je stärker die Deckungsbeitragssteigerung über der Einzelbaumdimension ausfällt. Die Berücksichtigung von Kapitalknappheit (Abschnitt 2.2.5) verwandelt die Zielgröße des durchschnittlichen Überschusses finanzmathematisch in eine Annuität und verkürzt die forstliche Produktion umso mehr, je höher der Kalkulationszinssatz angesetzt ist. Mit steigenden Kalkulationszinssätzen verringert sich bei dimensionsabhängigen Deckungsbeiträgen zudem die Förderung der Einzelbaumdimension und es werden mit zunehmendem Alter höhere Vornutzungsvolumina realisiert. Erntefixkosten (Abschnitt 2.2.6) verringern mit steigender Höhe zunehmend die Anzahl forstlicher Eingriffe und erhöhen dementsprechend die jeweiligen Vornutzungsvolumina. Mit der Einführung von Bestandesbegründungskosten (Abschnitt 2.2.7) wird die Zielgröße schließlich zur Brutto-Bodenrente und die Endnutzung erfolgt umso später, je höher die Kosten der Begründung eines Folgebestandes sind. Bei der Einbeziehung von Überlebensrisiken (Abschnitt 2.2.8) auf der Basis eines Erwartungswertes sinkt dieser umso mehr, je geringer die Überlebenswahrscheinlichkeit des Bestandes ist. Gleichzeitig wird mit dem Alter steigenden Ausfallraten (Altersrisiken) mit stärkeren Vornutzungen in hohen Bestandesaltern und früheren Endnutzungszeitpunkten begegnet. Etwas abgemildert wird dieser Risikoeffekt schließlich, wenn die Überlebensrisikostärke behandlungsabhängig definiert wird (Abschnitt 2.2.9). Dabei wird von einer stabilisierenden Wirkung höherer Einzelbaumvolumina ausgegangen – im Optimum werden diese durch verringerte Bestandesdichten in der Jugend erzielt. Kapitel 3 analysiert forstliche Ertragstafeln, welche die Entwicklung von gleichaltrigen Waldbeständen als praxisnahe Wachstums- und Nutzungsmodelle abbilden. Ziel dieses Kapitels ist die ökonomische Bewertung sowie der Vergleich der in forstlichen Ertragstafeln ausgewiesenen waldbaulichen Behandlungsvarianten. Nach einem einleitenden Überblick über die Entstehungsgeschichte sowie die ertragskundlichen Grundbeziehungen und Anwendungsgebiete (Abschnitt 3.1) zeigt Abschnitt 3.2 die Ergebnisse einer Praxisbefragung zur gegenwärtigen und zukünftigen Nutzung forstlicher Ertragstafeln. Dem anhaltenden Bedarf der forstlichen Praxis nach konsistenten und langfristigen sowie transparenten und objektivierten Wachstums- und Nutzungsmodellen stehen quantitativ oftmals überholte aber zugleich etablierte Ertragstafelwerke gegenüber. Mit diesen Ergebnissen wird zur Motivation und Zielsetzung für das laufende Forschungsprojekt „Neue Generation dynamischer Ertragstafeln (dyn-ET)“ übergeleitet (Abschnitt 3.3.1). Die zum Abgabezeitpunkt dieser Arbeit zur Verfügung stehenden vorläufigen Ertragstafeldaten der Baumarten Buche (Fagus sylvatica L.) und Fichte (Picea abies (L.) H. Karst.) werden auf naturaler (Abschnitte 3.3.3 und 3.3.4) und ökonomisch bewerteter (Abschnitt 3.3.5) Ebene analysiert. Neben dem Vergleich zu etablierten Ertragstafelwerken liegt der Fokus insbesondere auf den Unterschieden zwischen den waldbaulichen Behandlungsvarianten (mäßige, starke und gestaffelte Hochdurchforstung). Es zeigen sich deutlich gesteigerte Ertragsniveaus ggü. den etablierten Ertragstafelwerken von Schober (1967) und Wiedemann (1936/42). Bei annähernd unveränderten Vorräten führen die gestiegenen Volumenzuwächse insbesondere zu höheren Vornutzungsvolumina, die aufgrund verringerter Stammzahlen zudem über teils deutlich gesteigerte mittlere Einzelbaumdurchmesser verfügen. In der Summe führen diese ertragskundlichen Veränderungen bei der Verwendung dimensionsabhängiger Deckungsbeiträge zu deutlich höheren monetären Werten. Im Vergleich der waldbaulichen Behandlungsvarianten zeichnet sich die mäßige Hochdurchforstung durch die höchste Gesamtwuchsleistung aus. Dafür steigen die mittleren Einzelbaumdurchmesser bei starker Hochdurchforstung aufgrund der verringerten Bestandesdichte in jungen Bestandesaltern und der damit verbundenen höheren Einzelbaumzuwächse. Die gestaffelte Hochdurchforstung der Buche kombiniert die Vorteile beider Behandlungsvarianten – sie erreicht einerseits ein relativ hohes Gesamtwuchsleistungsniveau und steigert andererseits die mittleren Einzelbaumdurchmesser insbesondere im ausscheidenden Bestand. Im Zuge der ökonomischen Bewertung profitiert die gestaffelte Hochdurchforstung von dieser Kombination, vermag es aber mit den gewählten Eingangsdaten nicht, die volumenleistungsbedingte Vorteilhaftigkeit der mäßigen Hochdurchforstung abzuwenden. Die Sensitivitätsanalysen in Abschnitt 3.3.6 zeigen darauf aufbauend, dass die in Kapitel 2 als relevant identifizierten Treiber (Deckungsbeitragsfunktion, Kalkulationszinssatz und Überlebensrisikostärke) die Wertrelationen zwischen den waldbaulichen Behandlungsvarianten verändern können – durch ausgewählte Kombination der Treiber kommt es zum Rangfolgenwechsel innerhalb realistischer Wertebereiche. Die in dieser Arbeit durchgeführten ökonomischen Analysen verdeutlichen die Komplexität der forstlichen Bestandesbehandlung vor dem Hintergrund einer effizienten Produktion des nachwachsenden Rohstoffs Holz. Gleichzeitig zeigen sie aber auch, dass die Komplexität reduzierbar ist – Modelle können die Entscheidungsfindung prämissenspezifisch unterstützen und zur Zielerreichung beitragen. Es existiert dabei nicht die eine „richtige“ Bestandesbehandlung – vielmehr sind alternative Bestandesbehandlungskonzepte in Abhängigkeit von der Zielsetzung und den bestehenden Prämissen stets individuell zu bewerten. Die vorliegende Arbeit liefert daher keinen optimalen Bestandesbehandlungspfad, sondern trägt zum Verständnis waldbaulich-ökonomischer Wechselwirkungen bei und verhilft waldbewirtschaftenden Personen somit zur adäquaten und zielorientierten Modellbildung.

The economic analysis of forest stand management serves the understanding of an efficient timber production in a world of scarce resources. Following Möhring (2009), the present study aims to build a bridge between economic theory and forest practice. In regard to normative decision theory, the overall aim of this study is to demonstrate rational decision making in forest management and highlight the economic consequences of selected silvicultural alternatives. The resulting complexity is met by two different approaches of modelling, where the sub-objectives of the thesis are dealt with in two independent, methodologically complementary, chapters. Chapter 2 analyses the economics of forest stand management using a theoretical framework. The objective of this chapter is to numerically determine the optimal stand treatment considering different model assumptions. The analysis is based on a simplified forest production model (Section 2.1), which allows numerical determination of optimal stand treatments. Starting from the case of maximum total volume production (Section 2.2.1), the complexity of the model is increased by progressively adding assumptions, which enables a systematic analysis of the resulting changes in the objective function and optimal condition. Constant (Section 2.2.2), time-dependent (Section 2.2.3) and finally dimension-dependent (Section 2.2.4) net timber revenues are introduced to evaluate timber volumes from thinning and final harvest. While constant net timber revenues only change the target value, but not forest stand treatment, time- and dimension-dependent net timber revenues lead to abandoning stand volume increment at the optimum level. The specific characteristic of the net timber revenue function determines the time and extent of the losses. Net timber revenues that constantly increase over time can be interpreted as a negative interest rate and leads to achieving the highest possible stand volume at the latest possible point in time. On the other hand, dimension-dependent increasing net timber revenues lead to increased mean single-tree dimensions through reduced stand densities during youth. At the same time, the benefits from greater single-tree dimensions due to longer production periods are extended depending on the increase of the net timber revenues per single-tree dimension. The consideration of capital scarcity (Section 2.2.5) transforms the average net income into an annuity and shortens the forest production time the higher the interest rate is. With rising interest rates, the promotion of single-tree dimensions is also reduced in the case of dimension-dependent net timber revenues, and higher thinning volumes are harvested with increasing age. An increase in fixed harvesting costs (Section 2.2.6) reduces the number of thinnings while thinning volumes are increased respectively. By introducing planting costs (Section 2.2.7), the target value finally becomes the land rent and the higher the planting costs of a subsequent stand, the later the final-harvest takes place. If survival risks (Section 2.2.8) are included in the form of an expectation value, this value decreases as the probability of survival declines. At the same time, hazard rates that increase with age (old-age risks) are countered with stronger thinnings in older stands and an earlier final-harvest. This risk effect is somewhat mitigated if the survival risk level is defined as treatment-dependent (Section 2.2.9). In this context, a stabilizing effect of higher single-tree volumes is assumed – at the optimum, this is achieved by reducing stand densities in young stands. Chapter 3 analyzes forest yield tables which illustrate the development of even-aged forest stands as practical growth and harvest models. The objective of this chapter is the economic evaluation and comparison of the silvicultural treatment alternatives shown in forest yield tables. Following an overview of the history of origin as well as the fundamental relationships and fields of application (Section 3.1), Section 3.2 presents the results of a survey on the current and future use of forest yield tables. The continued need in forest practice for consistent, long-term, transparent and objective growth and harvest models is contrasted by quantitatively outdated but at the same time established yield tables. These results reflect the motivation and objectives of the current research project "New generation of dynamic yield tables (dyn-ET)" (Section 3.3.1). The preliminary yield table data of the tree species European beech (Fagus sylvatica L.) and Norway spruce (Picea abies (L.) H. Karst.) are analyzed and evaluated on a natural (Sections 3.3.3 and 3.3.4) and monetary (Section 3.3.5) level. Besides comparing the results to established yield tables, the focus lies particularly on the differences between silvicultural treatment alternatives (moderate, heavy and graduated thinning from above). The results show a clear increase in yield levels compared to the established yield tables of Schober (1967) and Wiedemann (1936/42). With practically unchanged growing stocks, the increased volume increment leads to higher thinning volumes, which, due to a reduction in the number of stems, also partially show a significant increase in average single-tree diameters. All in all, these changes in the use of dimension-dependent net timber revenues lead to significantly higher monetary values. In comparing silvicultural treatment alternatives, moderate thinning from above is characterized by the highest total volume production. On the other hand, the mean single-tree diameters increase with heavy thinnings from above due to reduced stand density at a young stand age and the associated increased mean single-tree volume increment. Graduated thinning from above of European beech combines the advantages of both types of treatment – on the one hand, a relatively high total volume production level is achieved, while on the other hand, the mean single-tree diameters are increased, especially in regard to the thinned timber. In the course of the economic evaluation, graduated thinning from above benefits from this combination, but with the selected input data it is not able to beat the advantages of moderate thinning from above due to the overall higher volume production. Based on this, the sensitivity analyses in Section 3.3.6 show that the relevant drivers identified in Chapter 2 (net timber revenue function, interest rate and survival risk level) can change the relations in value between the silvicultural treatment alternatives – a selected combination of drivers change the order of value within realistic ranges. The economic analyses carried out in this thesis illustrate the complexity of forest stand management in the context of efficient timber production. At the same time, however, they also show that this complexity can be reduced – models can support decision making under varying assumptions and contribute to the achievement of objectives. There is not only one "right" way to treat a stand – alternative stand treatment concepts must always be evaluated individually depending on the objectives and existing assumptions. The present study therefore does not provide an instruction for optimal stand treatments, but contributes to the understanding of silvicultural-economic interactions and therefore helps forest managers to develop adequate and objective-oriented models.