Bayerische Akademie der Wissenschaften (editor)
Ökologie und Bioökonomie
Neue Konzepte zur umweltverträglichen Nutzung natürlicher Ressourcen
Rundgespräche Forum Ökologie Bd. 48
Rundgespräch am 26. April 2019 in München
2019. [in German] – 144 pp, 37 coloured and 12 black-and-white figures, 7 tables
24 x 17 cm. Paperback
ISBN: 978-3-89937-246-5
Series: Rundgespräche Forum Ökologie
Organisation der Tagung:
Prof. Dr. Ingrid Kögel-Knabner
Prof. Dr. Susanne S. Renner
Redaktion:
Dr. Claudia Deigele, Forum Ökologie
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Bioökonomie hat viele Vorläufer und Parallelen. Als Haeckel 1866 den Begriff Ökologie einführte, definierte er sie nach Konzepten aus dem 17. und 18. Jahrhundert als »Ökonomie der Natur«. Zu dieser Zeit war Ökonomie als Wissenschaft bereits etabliert, was die Ökologie erst 100 Jahre später erreichte. Mit dem Aufkommen des Umweltschutzes, ausgelöst durch die zunehmenden Belastungen der technisch-industriellen Entwicklung, bewirkte sie eine Umstellung in der Ökonomie. Daraus entstand in den 1980er-Jahren die Ökologische Ökonomie, aus der die Nachhaltige Entwicklung als Leitbild für das 21. Jahrhundert hervorging. Zusätzlich wurde Ende der 1960er-Jahre die Bioökonomie (BÖ) konzipiert, die trotz Überschneidungen mit ökologischer und grüner Ökonomie politisches Gewicht gewann. Die Europäische Union beschloss 2007 ein eigenes BÖ-Konzept für wirtschaftliche Innovationen und Bevorzugung biologischer Grundstoffe für die Industrie, vor allem als Energiequellen. In Deutschland wurde 2009 ein Bioökonomierat eingesetzt, der detaillierte Ziele für eine BÖ-Strategie 2030 erarbeitete und 2015 in Berlin den ersten »Global Bioeconomy Summit« veranstaltete. Die Umsetzung der BÖ wird aber durch die nötigen grundsätzlichen Umstellungen in der Wirtschafts- und Sozialpolitik erschwert. Außerdem ist das BÖ-Konzept auch im Umweltschutz nicht unumstritten und wird unterschiedlich diskutiert, insbesondere weil die Erzeugungsmöglichkeiten biologi- scher Rohstoffe auf der endlichen Landfläche der Erde beschränkt sind und die Nahrung Vorrang erfordert. Zu allen diesen Problemen, insbesondere zu Verständnis und Anwendung von BÖ mit Einbeziehung von Nutzungs- und Schutz-Anforderungen, leistet das Rundgespräch wichtige Beiträge.
Vorwort 5
Begrüßung durch den Präsidenten der Bayerischen Akademie der Wissenschaften 7
Begrüßung durch die Vorsitzende des Forums Ökologie 9
Wolfgang Haber: Ökologie und Bioökonomie. Einführung in das Rundgespräch 11
Philipp Mennig und Johannes Sauer: Integration von Ökologie und Bioökonomie am Beispiel von Agrarumweltmaßnahmen 17
Diskussion 28
Gabriele Weber-Blaschke: Nachhaltige Forst- und Holzwirtschaft als Basis der Bioökonomie 31
Diskussion 44
Chris-Carolin Schön: Steigerung von Produktivität und Nachhaltigkeit – Die Pflanzenzüchtung kann das 47
Diskussion 57
Robert Arlinghaus: Bioökonomische Ansätze für ein nachhaltiges Management von wildlebenden Süßwasserfischen 59
Diskussion 69
Wolfgang W. Weisser: Bioökonomie als Chance für die Insektenvielfalt 71
Diskussion 76
Sebastian Wolfrum und Johannes Burmeister: Neue Konzepte zur umweltverträglichen Nutzung des Bodens 79
Diskussion 90
Iris Lewandowski und Moritz von Cossel: Welche Biomassepflanzen braucht eine nachhaltige Bioökonomie? 91
Diskussion 103
Markus Gandorfer: Digitale teilflächenspezifische Stickstoffdüngung – eine ökonomisch-ökologische Perspektive 105
Diskussion 113
Beate Jessel: Schutz und Nutzung von Natur und Landschaft im Kontext der Bioökonomie – (k)ein Schritt vorwärts? 115
Diskussion 126
Ingrid Kögel-Knabner und Susanne S. Renner: Zusammenfassung des Rundgesprächs 129
Verzeichnis der Organismen(gruppen) 133
Schlagwortverzeichnis 134
Verzeichnis der Vortragenden und Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 139
Ecology and bioeconomy: an introduction
Wolfgang Haber
p. 11-15
Bioeconomy has several precursors and parallels. When Ernst Haeckel in 1866 coined the term ‘ecology,’ he defined it, following concepts of the 17th and 18th century, as ‘Economy of Nature.’ At that time, economy was already established as a scientific discipline, which ecology reached only 100 years later. When environmental protection came up, induced by the increasing damages caused by the techno-industrial development, it lead to new ways in economy. This resulted in the 1980s in the establishment of ‘Ecological Economics,‘ from which originated ‘Sustainable Development’ as guideline for the 21st century. In addition, at the end of the 1960s, ‘Bioeconomy’ was conceived, which in spite of overlapping with ecological and green economy achieved political weight. In 2007, the European Union decided on a bioeconomy concept for economic innovations with preference of biological resources for the industry, in particular as energy sources. In Germany, a ‘Bioeconomy Council’ was established, which in 2015 organized the first ‘Global Bioeconomy Summit.’ The implementation of bioeconomy, however, is being impeded by the required fundamental transformations of economic and social policies. Moreover, even among environmentalists the bioeconomy concept is being disputed, above all because on the earth’s finite land surface, the production capacities of biological resources are limited, and food production requires priority. This symposium will contribute to the discussion of these problems, including understanding and application of bioeconomy, utilization and conservation of biological resources.
The integration of ecology and bioeconomy – agri-environment measures as an example
Philipp Mennig und Johannes Sauer
p. 17-30, 1 coloured- and 5 black-and-white figures
The bioeconomy concept is considered an important element in the transition to a more sustainable future. Primarily characterized by its special emphasis on renewable resources and their efficient, innovative use, it is also oriented towards natural cycles and links resource use to environmental conservation. While petroleum-based products are already gradually being replaced by biological alternatives, the environmental burdens of the agricultural production process that generates these alternatives remain problematic and counteract the bioeconomic idea of sustainability. From an economic point of view, market failure is the cause of excessive environmental pollution. In order to counter environmental degradation resulting from market failure, agri-environment measures were introduced as an integral part of the European agricultural policy in the early 1990s. However, the fact that agriculture still puts tremendous pressure on the environment casts doubt on the effectiveness of the introduced measures. A poor implementation of the economic theory underlying the measures may explain their lack of effectiveness. This contribution examines this hypothesis and concludes that a close look at the theory and its implementation reveals a need for adjustments.
Sustainable forestry and timber management as a basis for bioeconomy
Gabriele Weber-Blaschke
p. 31-46, 7 coloured figures, 2 tables
In general, the goal of bioeconomy is the transformation of the fossil-based to a bio-based economy. Within bioeconomy, the forest and wood sector plays an important role in climate protection because of its mitigation potential and sequestration capacity regarding greenhouse gas emissions. Besides the traditional utilization of wood for energy services and material applications, bioeconomic approaches in the forest and wood sector include the innovative development of textiles, micro fibers, bio-plastics, cosmetics and platform chemicals from wood residues. This aims to use the renewable, albeit limited, resource ‘wood’ more efficiently and sustainably, applying the concepts of a circular economy and cascading resource use. By assessing ecological, economic and social impacts over a product’s life cycle, more sustainable product lines can be identified. Such identification has to be based on material flow analyses. Through such analyses, society’s demands at the local, regional and global level, regarding not only consumer behavior, but also people’s working and living conditions can be assessed under sustainability aspects. It is essential for such analyses to integrate also the traditional uses of wood. A sustainable forest management that preserves the ecosystem ‘forest’, however, is the fundamental basis for any wood-based bioeconomy.
Increasing productivity and sustainability via modern plant breeding
Chris-Carolin Schön
p. 47-58, 6 coloured figures
Genetic improvement of crops plays a pivotal role in meeting challenges arising from human population growth, increasing consumption, climate change and depletion of natural resources. Modern plant breeding has been very successful in generating new varieties that are resource efficient and highly productive. Simultaneous improvement of productivity and sustainability is possible as long as breeding goals are clearly defined. As a consequence of divergent expectations from growers, consumers and stakeholders conflicts of interest can arise in the choice of breeding goals. Here, conflicting goals and trade-offs with respect to productivity and resource efficiency as well as between short and long term breeding strategies will be discussed. High-throughput phenotyping and genotyping methods that increase selection gain per unit time offer solutions for increasing the efficiency of breeding programs. In addition, recent advancements in genome-based prediction and genome editing can make native diversity accessible for breeding and can broaden the genetic diversity of our crops.
Bioeconomic principles for a sustainable management of free-living freshwater fishes
Robert Arlinghaus
p. 59-70, 3 coloured and 4 black-and-white figures, 2 tables
Bioeconomic principles rarely guide the sustainable management of inland fisheries. Yet, they are crucial not only to assess the importance of the fisheries sector but also to determine optimal regulations that suit fisher wishes while being biologically sustainable. From a macroeconomic perspective, today, recreational fisheries dominate inland fisheries. Expenditure by recreational anglers creates 52000 jobs and feeds an economic sector worth 5.2 billion euro annually. This economic impact is larger than the one of the commercial fisheries sector in Germany. The economic importance of recreational fisheries can be properly addressed using bio-economic models and approaches. However, nature conservation groups seek to limit, if not entirely constrain, access to lakes and rivers by anglers, which constraints using bioeconomic principles for the development of recreational fisheries. Research conducted in my laboratory has recently shown that angler-managed lakes hold communities of organisms of similar richness and conservation value or even higher values (fish) than unmanaged lakes. For the future, it is advisable to 1) explicitly consider angling targets in water management, 2) build, promote and integrate angler organizations, 3) foster diversified management, 4) set the right harvesting signals and 5) improve monitoring.
Bioeconomy helps maintaining insect diversity
Wolfgang W. Weisser
p. 71-77, 1 black-and-white figure
The term ‘bio-economy’ focusses attention on the biology and its laws as basic of modern value-added chains. This is also the major challenge regarding sustainability. Bio-economy cannot be sustainable if agricultural and forestry production underlying the production of raw materials are not sustainable. In this context, sustainability includes not only components like energy efficiency and carbon footprint, but also the preservation of biodiversity and soils. Up to now, efforts to achieve a balance between biomass production and preservation of ecosystems and their services have not been very successful, as the currently discussed loss of insect diversity shows. Today, many of the technologies that operate under the label bio-economy are not new and innovative, but old and not sustainable, such as the burning of biomass to obtain energy. The assumption, that products made from biomass are more sustainable than products made from oil needs to be critically evaluated and proven. Bio-economy may be a chance to halt the loss in biodiversity, if it the possibilities offered by digitalization, plant breeding and technological development are used.
New concepts for an environmentally compatible soil management
Sebastian Wolfrum und Johannes Burmeister
p. 79-90, 10 coloured figures
A healthy soil has balanced physical, chemical and biological components. Many of these components are well known, but hardly noticed in practice. Climate change, with longer periods of drought and higher rainfall and erosion risks, requires a reconsideration of the importance of soil management. In the future, high humus content and an active, diverse soil life will become even more important for stress-tolerant crop systems and the conservation of biodiversity. The required actions are basically known, but so far, they are implemented only in organic farming, which relies on crop rotations increasing the soil humus content, organic fertilization (mainly dung and compost), long soil resting periods, permanent land cover, long-lived crops, and semi-natural structures as retreats for soil animals. Meeting the growing demand for renewable biological resources, which are the ultimate basis for bioeconomics, will require new production systems, ideally allowing true permaculture. For agriculture to move towards more spatially and temporally diversified land-use forms it will be important to (i) increase awareness of the problems through scientifically sound and practicable indicators, (ii) employ rewards and motivation through agricultural policy and support, and (iii) increase education, advise, and learning, preferably involving all stakeholders.
Plants suitable for biomass production in a sustainable bioeconomy
Iris Lewandowski und Moritz von Cossel
p. 91-104, 7 colored figures, 2 tables
Bioeconomy comprises the production of all goods that stem from bio-based, renewable raw materials. This contribution focuses on the production of biomass from crops cultivated as energy crops and on ecosystem services that go beyond the production function. Today, many industrial and energy crops are annuals that have been diverted from food and feed production. Tomorrow’s crops need to be more stress-tolerant and more water-, nutrient- and land-use efficient. They need to be able to provide ecosystem services, should become more diverse and should enable a multiple and integrated biomass use. Due to climate change, it is to be expected that the area of marginal agricultural land characterized by biophysical constraints, such as drought and salinity, will increase. Future biomass crops need to be able to handle such conditions and at the same time maintain or even increase the resilience of these areas. In many cases, these requirements can best be fulfilled by perennial biomass crop production systems, such as Miscanthus, cup plant, and wild plant mixtures. Such perennial systems can help avoid erosion, improve soil fertility and, especially in the case of wild plant mixtures, enhance biodiversity. Their production, and thus also their benefits, can be integrated at the landscape and farm level, for example, by cultivating them on biophysically or economically marginal agricultural land, including sub-optimally shaped or distant fields and ‘greening’ areas. In this way, biomass for a growing bioeconomy could be provided without compromising social-ecological requirements.
Site-specific nitrogen fertilization: an economic-ecological perspective
Markus Gandorfer
p. 105-114, 1 coloured and 1 black-and-white figure, 1 table
Having been researched and developed for over 20 years, site-specific nitrogen fertilization is now being applied in practice for many years. The approaches may be categorized as mapping approaches relying on historical data, online approaches using sensors to determine the required amounts during the fertilization process, and combinations of these. The expectations of site-specific nitrogen fertilization are high, as it should increase nitrogen efficiency and thereby provide ecological and economic advantages. However, the current level of implementation of the technology lags behind expectations, especially in small-scale agricultural regions. The reasons are manifold. While studies confirm the ecological advantages of site-specific fertilization, its economic effects often remain limited, mainly because a flat region around the economic optimum of the site-specific nitrogen production function. The challenge from an economic point of view is thus to identify fields with a high economic potential for site-specific fertilization. Additionally, fertilizing algorithms still need to be improved.
Conservation and utilization of nature and landscape in the context of bioeconomy: one step forward?
Beate Jessel
p. 115-128, 2 coloured and 1 black-and-white figure
Bioeconomy comprises more than biomass production. In line with sustainability postulates, it should integrate resource use, nature conservation, and social and economic effects. Bioeconomy is therefore a concept that is subject to continuous development. Its boundaries must be continuously negotiated with regard to opportunities and risks in a social discourse. Designing an ecologically, economically and socially sustainable bioeconomy thus requires research and development, the adherence to “safe limits” as well as social participation. Based on these premises, this paper highlights three topics: Firstly, the primary sectors of forestry and agriculture that do not allow unlimited growth despite technological progress, since the production basis “land” is limited and since any intensification of forestry and agriculture will be accompanied by landscape changes and the loss of biodiversity. Secondly, genetic-engineering innovations that will increase the intensity of agricultural production and thus also exacerbate existing biodiversity loss and climate change. And lastly, it pinpoints how bioeconomics presents an opportunity for society to benefit from technological innovations, ideally covering the entire value chain, industrial utilization and processing of biomass as well as the application of biological knowledge.
Bioökonomie umfasst alle Wirtschaftssektoren, deren Produktionsprozesse wesentlich auf der Nutzung biologischer Ressourcen, wie Pflanzen, Tiere, Pilze und Mikroorganismen, beruhen. Land- und Forstwirtschaft, die Nahrungsmittelindustrie, aber auch Teile der Chemie-, Energie-, Pharmazie-, Kosmetik- und Textilindustrie gehören zur Bioökonomie. Mit dem Begriff verbunden sind Wirtschaftsweisen, die wissensbasiert, innovativ und nachhaltig sind, aber auch einer rasch verlaufenden technischen Entwicklung unterliegen.
In dem vorliegenden Berichtsband steht die Frage im Vordergrund, wie die Kulturlandschaft multifunktional und nachhaltig genutzt werden kann, wenn der Bedarf an nachwachsenden Rohstoffen durch die Umsetzung der Bioökonomiestrategien weiter steigt. Wie lassen sich die verschiedenen Ansprüche an die Fläche, vom Naturschutz über die Herstellung von Lebens- und Futtermittel bis zur intensiven Produktion von Pflanzen zur stofflichen und energetischen Nutzung, in Einklang bringen? Das Konfliktpotenzial zwischen Ökologie und Bioökonomie, aber auch positive Entwicklungen in Bezug auf ökologische Probleme werden dabei aufgezeigt. So können mehrjährige Anbausysteme von Biomassepflanzen die Bodenerosion vermindern, die Bodenfruchtbarkeit verbessern und die Biodiversität erhöhen und neue Technologien in der Pflanzenzüchtung können zur Entwicklung ertragreicher, wassernutzungs- und nährstoffeffizienter Sorten beitragen. Darüber hinaus bieten bioökonomische Konzepte die Chance, neue Nachhaltigkeits- und Wertschöpfungsmodelle umzusetzen.
Weitere Kapitel des Buches beschäftigen sich mit innovativen Produkten und Nutzungskonzepten von Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft, mit nachhaltiger Binnenfischerei, mit einer umweltgerechten Bodennutzung sowie mit der teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung, die zur Vermeidung von Umweltbelastungen beiträgt. Allem voran stehen eine grundlegende Einführung in das Thema »Ökologie und Bioökonomie« und ein umfassender Beitrag über Agrarumweltmaßnahmen als Bestandteil der europäischen Agrarpolitik und über mögliche Ursachen für ihre mangelnde Wirksamkeit aus ökonomischer Sicht.
Unser Dank gilt allen, die zum Gelingen des Buches beigetragen haben. Besonders danken wir den Referentinnen und Referenten des Rundgesprächs »Ökologie und Bioökonomie« für ihre Vorträge und die anschließende Ausarbeitung der schriftlichen Beiträge, der wissenschaftlichen Mitarbeiterin des Forums Ökologie, Frau Claudia Deigele, für die Erstellung der Transkripte und die umfangreichen Redaktionsarbeiten und Herrn Hubert Hilpert für die fachkundige Betreuung des Bandes im Verlag Dr. Friedrich Pfeil.
Wir wünschen allen Leserinnen und Lesern eine anregende und informative Lektüre.
München, im Dezember 2019
Ingrid Kögel-Knabner, Susanne S. Renner
Verzeichnis der Vortragenden (*) und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch
* Arlinghaus, Robert, Prof. Dr., Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), Abteilung für Biologie und Ökologie der Fische, Berlin
Auer, Veronika, Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH), M. Eng. (Holztechnik), Technische Hochschule Rosenheim, Zentrum für Forschung, Entwicklung und Transfer, Arbeitsgruppe Holzbasierte Bioökonomie, Rosenheim
Ewald, Jörg, Prof. Dr., Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Fakultät Wald und Forstwirtschaft, Freising
Fischer, Anton, Prof. Dr., Aßling
* Gandorfer, Markus, Priv.-Doz. Dr., Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Landtechnik und Tierhaltung, Ruhstorf a.d. Rott
Geist, Jürgen, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Aquatische Systembiologie, Freising
Gindert, Elfriede, Gemeinderat Markt Schwaben
* Haber, Wolfgang, Prof. em. Dr. Dr. h.c., Technische Universität München, Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie, Freising
Haszprunar, Gerhard, Prof. Dr., Generaldirektor der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns, Zoologische Staatssammlung München, München
Herrmann, Bernd, Prof. Dr., Hardegsen
Höllmann, Thomas O., Prof. Dr. phil., Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Alfons-Goppel-Straße 11, 80539 München
Hoppe, Brigitte, Prof. Dr. phil. nat., München
* Jessel, Beate, Prof. Dr., Präsidentin des Bundesamtes für Naturschutz, Bonn
Kellermann, Adolf, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Pflanzenzüchtung, Freising
Kögel-Knabner, Ingrid, Prof. Dr. Dr. h.c., Technische Universität München, Lehrstuhl für Bodenkunde, Freising
Künast, Christoph, Prof. Dr., ECO-System Consulting, Otterstadt
* Lewandowski, Iris, Prof. Dr., Universität Hohenheim, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Fachgebiet Nachwachsende Rohstoffe und Bioenergiepflanzen (340b), Stuttgart
Matern, Mine, Prof. Dr. Dr. habil., Sachverständige für Lebensmittel, München
Mosandl, Reinhard, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Waldbau, Freising
Mosbrugger, Volker, Prof. Dr. Dr. h.c., Generaldirektor der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Frankfurt
Renner, Susanne S., Prof. Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl für Systematische Botanik und Mykologie, München
Richter, Klaus, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Holzwissenschaft, München
* Sauer, Johannes, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Produktions- und Ressourcenökonomie, Freising
* Schön, Chris-Carolin, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung, Freising
Schwair, Ulrich, Dr., München
Stöcklein, Bernd, Prof. Dr., Landshut
Wackerbauer, Johann, Dr. oec. publ., ifo Institut, ifo Zentrum für Energie, Klima und Ressourcen, München
* Weber-Blaschke, Gabriele, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Holzwissenschaft, Forschungsbereich Stoffstrommanagement, Freising
* Weisser, Wolfgang W., Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie, Freising
* Wolfrum, Sebastian, Dipl.-Ing. Univ. Landschaftsarchitektur und -planung, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Ökologischen Landbau, Bodenkultur und Ressourcenschutz (IAB); Freising
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