Pflanzenschutzmitteleinsatz in der Landwirtschaft aus ökonomischer und ökologischer Sicht: ein Entscheidungsunterstützungs-Modell zur agrarpolitischen Ziel-Mittel-Analyse auf regionaler Ebene
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| Format: | Thesis/Dissertation Book |
| Language: | German |
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Holm
Buched. Agrimedia
1997
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| Series: | [Agrarwirtschaft / Sonderhefte]
157 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Chemischer Pflanzenschutz: Historische Entwicklung, Einsatzbe¬
reiche und Wirkweisen 7
2.1 Entwicklung der abgesetzten Wirkstoffmengen in der Bundesrepublik
Deutschland 12
2.2 Entwicklung und Struktur des chemischen Pflanzenschutzes in den alten
Bundesländern nach Kulturarten, Betriebsgrößen und natürlichen
Gegebenheiten 14
3 Nutzen und Risiken des chemischen Pflanzenschutzes - Möglich¬
keiten zur Aufwandsreduktion 19
3.1 Effekte des Pflanzenschutzmitteleinsatzes auf Produktion, Lagerhaltung,
Verarbeitung und Versorgungssicherheit 19
3.2 Kontamination von Umweltmedien und Lebewesen mit Pflanzenschutz¬
mitteln: Eintrag, Metabolisierung, Akkumulation, Interdependenzen,
Risiken 23
3.2.1 Kontaminationspfade der Atmosphäre mit Pflanzenschutzmitteln
(PSM), Transport-, Emissions- und Abbauprozesse 24
3.2.2 Pflanzenschutzmittel (PSM) in Böden: Kontaminationen. Bindungs¬
formen, Abbauprozesse. Versickcrungsverhalten 27
3.2.3 Oberflächen- und Grundwasserbelastungen: Wirkungspfade.
Quantitäten. Kosten des Gewässerschutzes 31
3.2.4 Makroskopische Lebewesen und Biozönosen 36
3.2.4.1 Rückstandsfraktionen und Gefährdungspotentiale in Abhän¬
gigkeit der Pflanzenart und der eingesetzten Pflanzenschutz¬
mittel (PSM) 39
3.2.4.2 Gesundheitliche Risiken für Menschen infolge der Verwen¬
dung von Pflanzenschutzmitteln 42
3.2.5 Problematik der Ausbildung PSM-resistenter Populationen von
Ziel-Organismen 44
3.2.6 Zusammenfassung des gegenwärtigen Erkenntnisstandes bezüglich der
Kontamination von Umweltmedien und Lebewesen mit Pflanzen¬
schutzmitteln 46
3.3 Unkontrollierter Pflanzenschutzmitteleintrag in Abhängigkeit der
verwendeten Applikationstechniken, der Zieloberflächen und der
Präparateformulierungen 48
3.4 Möglichkeiten zur Reduktion des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln in
Flächenkulturen und Raumkulturen 53
3.4.1 Technische Maßnahmen zur Einsparung von Pflanzenschutzmitteln in
Flächenkulturen 54
3.4.1.1 Beeinflussung des Tropfenspektrums und der Belagsqualität
bei Anwendung von Standardfeldspritzen durch unterschied¬
liche Düsentechniken 54
3.4.1.2 Abdriftreduktion durch Verwendung verschiedener Düsen¬
techniken in konstruktiv modifizierten Feldspritzen (crop-
tilter, Spritzschirm, Trägerluftsystem) 57
3.4.1.3 Mechanische bzw. mechanisch-chemische Systeme zur Kon¬
trolle der Anbaubegleitflora - Wirkungsmechanismen und
Anwendungsgebiete 60
3.4.1.3.1 Reihenunabhängige mechanische Gerate mit
herbizider Wirkung in Flächenkulluren *
3.4.1.3.2 Reihenabhängige mechanische bzw. mechanisch¬
chemische herbizide Geräte zum Einsatz in
Flächenkulturen -
3.4.2 Technische Maßnahmen zur Minimierung des Pflanzenschutzmittel-
Aufwandes in Raumkulturen 63
3.4.3 Trends in Forschung und Entwicklung zur weiteren Einsparung von
Pflanzenschutzmitteln in Flächen- und Raumkulturen 65
3.4.4 Organisatorische Möglichkeiten zur Reduktion des PSM-Einsatzes 66
3.4.4.1 Integrierter Pflanzenbau: Optimierung des konventionellen
Pflanzenbaus 66
3.4.4.2 Ökologische Landbausysteme 70
3.4.4.3 Pflanzenzüchtung 72
3.4.4.4 Fruchtfolgegestaltung 79
II
3.5 Zusammenfassung des Informationsstandes zu unkontrollierten Pflanzen¬
schutzmittel-Einträgen und Möglichkeiten ihrer Reduktion 82
4 Systemzusammenhänge und Bestimmungsgründe des Pflanzen¬
schutzes in ihren Wirkungen auf ökonomische, agrarpolitische
und umweltpolitische Ziele 84
4.1 Ziele betroffener Gruppen (Landwirtschaft, Verbraucher, Umwelt) in
ihrem Bezug zum Pflanzenschutzmitteleinsatz 85
4.2 Administrative Instrumente: Analyse der Wirkweisen 89
4.3 Anpassungsmöglichkeiten der Landwirtschaft zur Reaktion auf
Veränderungen von Rahmenbedingungen 90
4.4 Zusammenfassende Betrachtung der Konsequenzen für die statistisch¬
ökonomische Analyse 92
5 Quantitative Analyse der Anpassungen des Faktoreinsatzes (N,
PSM) bei unterschiedlichen ökonomischen Voraussetzungen 94
5.1 Einordnung und Übersicht zum Modellansatz 95
5.2 Ertragsfunktionen zur Bestimmung intensitätsmäßiger Anpassungen 98
5.2.1 Kennzeichnung des genutzten empirischen Datenmaterials zur
Schätzung von Ertragsfunktionen 103
5.2.2 Aggregationsprobleme bei der Verwendung pflanzenbaulicher Ver¬
suchsdaten zur Bearbeitung ökonomisch basierter Fragestellungen 108
5.3 Methodische Grundlagen des Schätzansatzes 110
5.3.1 Klassifizierung von Merkmalen 111
5.3.2 Regressionsfunktionen und Abstandsnormen 112
5.3.3 Kollinearitätsproblematik und Variablenauswahlverfahren 115
5.3.4 Kennzeichnung des verwendeten Regressionsansatzes für stark
streuendes Datenmaterial 119
5.3.5 Erweiterung des Regressionsansatzes um externe Informationen
(Restriktionen) 121
5.4 Schätzergebnisse: Ertragsfunktionen zu Weizen und Roggen 123
5.4.1 Regressionsanalytische Ergebnisse 123
III
5.4.2 Funktionseigenschaften 130
5.4.2.1 Das Eigenwertkriterium als Prüfgröße auf Konvexität 130
5.4.2.2 Bestimmung der Maximalertrags-Faktorkombination 131
5.4.2.3 Grafische Darstellung der geschätzten Ertragsfunktionen zu
Winterweizen und Winterroggen 133
5.4.3 Ökonomische Analyse l- 5
5.4.3.1 Bestimmung der Optimalertrags-Faktorkombination
(numerisch) 135
5.4.3.2 Elastizitäten: Funktionen in der ökonomischen Analyse von
Nachfrage und Angebot unter expliziter Berücksichtigung
komplementärer Interdependenzen (Kreuzpreiselastizitäten) 137
5.4.3.3 Qualitative Analyse interdependenter Reaktionen der Märkte
für Pflanzenschutzmittel und Stickstoff 143
5.4.3.4 Quantitative Betriebsmittelnachfrage nach Pflanzenschutz¬
mitteln und Stickstoff (N) in Abhängigkeit ihrer Preise l44
5.4.3.5 Angebotsmengen (absolut) in Abhängigkeit steigender
Betriebsmittelpreise 14(
5.4.3.6 Gewinnfunktionen auf Basis geschätzter Ertragsfimktionen 147
5.4.4 Ertragsfunktionsschätzungen der jüngeren Literatur und ihre ökonomi¬
schen Implikationen 4
5.5 Struktur und Spezifizierung des nicht-linearen betrieblichen Program-
mierungsmodells 1^9
5.5.1 Detaillierte Modellkonstruktion und zugehörige Funktionsgleichungen 161
5.5.2 Aufnahme unterschiedlicher Applikationstechniken des Pflanzen¬
schutzes in das Modellsystem
5.5.3 Integration mechanischer Verfahren mit herbizider Wirkung in das
nicht-lineare Modell auf Basis des Herbizidäquivalentes
5.6 Modellauswertung: Wirkungen einer Besteuerung von Pflanzenschutz¬
mitteln und/oder Handelsdünger-Stickstoff 171
5.6.1 Kulturspezifische Anpassungsreaktionen: Produktionsintensitäten.
Erträge, Anbauflächenumfänge und Produktionsmengen -
5.6.2 Untersuchte Bereiche gesamtbetrieblicher Anpassung
5.6.2.1 Betriebsmittelnachfrage 189
IV
5.6.2.2 Fruchtfolgegestaltung 191
5.6.2.3 Marktfruchtangebot 193
5.6.2.4 Landwirtschaftliches Einkommen 194
S.7 Vergleichende Technikanalyse im Pflanzenschutz unter ökonomischen
und ökologischen Kriterien 196
5.7.1 Vergleich unterschiedlicher Spritztechniken zur Applikation von
Pflanzenschutzmitteln 196
5.7.2 Mechanische Unkrautbekämpfung als Alternative zum Einsatz
von Herbiziden - Ein Vergleich 197
5.7.3 Einfluß von Preisänderungen der Pflanzenschutzmittel auf die
Vorzüglichkeit des Einsatzes mechanischer Systeme zur
Unkrautbekämpfung im Untersuchungsgebiet (VG10) 199
6 Diskussion und Überlegungen zur Übertragbarkeit der
Modellergebnisse 204
6.1 Der Boden als nicht vermehrbarer Produktionsfaktor: Grundmecha¬
nismen zur Preisfindung und optimalen Nutzungsintensität 204
6.2 Vergleichende Gegenüberstellung der für die Landwirtschaft wesent¬
lichen Formen von Arbeit in Abhängigkeit der Betriebsgröße 205
6.3 Elementare Kapitalformen der Landwirtschaft: Maschinenkapital,
Stallplätze, Kontingentsrechte 206
6.3.1 Maschinenkapital 206
6.3.2 Stallplätze 207
6.3.3 Kontingentsrechte 208
6.4 Übertragbarkeit der Modellergebnisse auf Regionen abweichender
naturräumlicher und struktureller Voraussetzungen 208
7 Zusammenfassung und Ausblick 211
Literaturverzeichnis 217
Anhang
V
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen
Abbildung 1: Abgesetzte Wirkstoffmenge in t in der Bundesrepublik Deutschland 13
Abbildung 2: Aufwandmenge an Pflanzenschutzmitteln bei wichtigen Fruchtarten
1977 bis 1979 und 1987 nach Wirkungsbereichen 15
Abbildung 3: Behandlungshäufigkeit wichtiger Fruchtarten mit Pflanzenschutzmitteln
1977 bis 1979 und 1987 nach Wirkungsbereichen 16
Abbildung 4: Behandlungshäufigkeit und Aufwandmengen an chemischen Pflanzen¬
schutzmitteln 1977 bis 1979 und 1987 nach Betriebsgrößen und
Wirkungsbereichen 17
Abbildung 5: Ertragsentwicklung landwirtschaftlicher Kulturen in der Zeit 21
Abbildung 6: Entwicklung des angebotenen Sortenspektrums an Winterweizen seitens
der Zuchtbetriebe und der Nachfrage nach zertifiziertem Saatgut durch
die praktische Landwirtschaft (Saatgut-Vermehrungsfläche) gegliedert
nach „anfällig (Boni-turnoten: 5) und „weniger anfällig (Boniturno-
ten: 5) am Beispiel der Mehltauresistenz deutscher Winterweizen-
Sorten der Jahre 1977-1994 76
Abbildung 7: Beziehungsgeflecht zwischen Marktpartnern und Märkten mit beson¬
derem Augenmerk auf den Agrarsektor einschließlich der naturräum¬
lichen Einflüsse 97
Abbildung 8: Funktionsbedingter Zusammenhang zwischen Faktoreinsatz und Ertrag 101
Abbildung 9: Schema des verwendeten Regressionsansatzes für stärker streuendes
Datenmaterial 121
Abbildung 10: Geschätzte Ertragsgebierge zu Kanzler unter Einbeziehung externer
Restriktionen (Sl, S2) und Ausweisung der Maximal(Max)- und
Optimalertrags(Opt)-Faktorkombination 122
Abbildung 11: Geschätzte Ertragsfunktion der Winterweizensorte ..Konsul 133
Abbildung 12: Geschätzte Ertragsfunktion der Winterweizensorte „Kanzler 134
Abbildung 13: Geschätzte Ertragsfunktion zu Roggen 135
Abbildung 14: Interdependente Reaktionen der Märkte für PSM und N (qualitativ) 144
Abbildung 15: PSM-Nachfrage je Hektar in Abhängigkeit der Faktorpreise für
Stickstoffund Pflanzenschutzmittel (PSM) 145
a
Abbildung 16: Stickstoffnachfrage je Hektar in Abhängigkeit der Faktorpreise für
Stickstoff und Pflanzenschutzmittel 145
Abbildung 17: Gewinnfunktion der Winterweizensorte Kanzler 147
Abbildung 18: Gewinnfunktion der Winterweizensorte Konsul 148
Abbildung 19: Gewinnfunktion zu Winterroggen 148
Abbildung 20: Ertragsfunktion zu Winterweizen nach Fuchs und Schanzenbächer
(1992) 153
Abbildung 21: Gewinnfunktion zu Winterweizen nach Fuchs und Schanzenbächer
(1992) 154
Abbildung 22: Ertragsfunktionen für drei N-Intensitäten zu Winterweizen nach Greiner
(1992) 158
Abbildung 23: Grundschema des nicht-linearen Programmierungsmodells 160
Abbildung 24: Vergleichende Darstellung des nicht-linearen Ansatzes und des linearen
Programmierungs-Modells mit Fruchtfolgerestriktionen 164
Abbildung 25: Theoretische Ableitung des verwendeten PSM-Äquivalentes 169
Abbildung 26: Pflanzenschutzmittel- Einsatzintensitäten zu Winterweizen in Abhän¬
gigkeit variierender Faktorpreise 173
Abbildung 27: PSM-Intensitäten in Abhängigkeit variierender Faktorpreise in
Winterweizen 175
Abbildung 28: Stickstoff-Intensitäten zu Winterweizen in Abhängigkeit variierender
Faktorpreise 176
Abbildung 29: Stickstoff-Intensitäten in Abhängigkeit variierender Faktorpreise in
Winterweizen 177
Abbildung 30: Anbauumfänge von Winterweizen in Abhängigkeit variierender
Faktorpreise 78
Abbildung 31: Winterweizen-Anbauumfang in Abhängigkeit variierender Faktorpreise 179
Abbildung 32: Betriebliche Substitutionsbeziehungen zwischen den Produktionsfakto¬
ren Pflanzenschutzmittel (PSM gesamt) und Arbeit (AKh) im Zucker¬
rübenanbau mit fixiertem Lieferkontingent l85
Abbildung 33: Einfluß einer Pflanzenschutzmittelsteuer auf den betrieblichen Verwen-
dungsumfang von Pflanzenschutzmitteln 190
Abbildung 34: Stickstoff-Einsatzintensitäten (kg N/ha) zu relevanten Kulturen in
Abhängigkeit des PSM-lndexes 191
b
Abbildung 35: Kumulierte Fruchtfolgeeffekte infolge sich ändernder Steuersätze auf
Pflanzenschutzmittel 192
Abbildung 36: Auswirkungen unterschiedlicher PSM-Steuersätze auf die Getreidepro¬
duktion (einschließlich Winterraps) 194
Abbildung 37: Einkommenseffekte sich ändernder Pflanzenschutzmittel-Steuern 195
Abbildung 38: Neuere Pflanzenschutzmittel-Applikationstechniken im Vergleich zum
chemischen Standardverfahren - Veränderungen der Investionskosten,
des Einkommens und der PSM-Verwendung (nur Differenzen) 197
Abbildung 39: Vergleich unterschiedlicher Techniken zur mechanischen Unkrautbe¬
kämpfung mit dem Standardverfahren des chemischen Pflanzenschut¬
zes unter besonderer Berücksichtigung der Investitionskosten, des
Betriebseinkommens und des Potentials zur Reduzierung des Pflan-
zenschutzmitteleinsatzesje ha (ausschließlich Differenzen) 199
Tabelle 1: Aufwandmenge an chemischen Pflanzenschutzmitteln (Präparate) und Be¬
handlungshäufigkeiten bei Winterweizen 1977 bis 1979 und 1987 nach
ausgewählten Landwirtschaftlichen Wirtschaftsgebieten 18
Tabelle 2: Crop losses due to pathogens, animal pests and weeds, and the changes in
the loss rates in respect of the eight principal food and cash crops. in the
period 1965 to 1988/90 39
Tabelle 3: Die wichtigsten Formulierungen und ihre Marktanteile in Europa 52
Tabelle 4: Eigenschaften der wichtigsten Formulierungen 53
Tabelle 5: Vergleich von Pflanzenschutzsystemen unter ökonomischen (relative Erlös¬
differenzen), pflanzenbaulichen (relative Ertragsdifferenzen) und ökologi¬
schen (absolute und relative Wirkstoff-Einsätze bzw. signifikante Einsatz¬
differenzen) Aspekten am Beispiel des Winterweizen-Anbaus in Nieder¬
sachsen (1986-1988) 68
Tabelle 6: Vergleich von Pflanzenschutzsystemen unter ökonomischen (relative Erlös¬
differenzen), pflanzenbaulichen (relative Ertragsdifferenzen) und ökologi¬
schen (absolute und relative Wirkstoff-Einsätze bzw. signifikante Einsatz¬
differenzen) Aspekten am Beispiel des Wintergersten-Anbaus in Nieder¬
sachsen (1986-1988) 69
Tabelle 7: Anteil der Proben (%) ohne und mit Rückständen von Pflanzenschutzmitteln
bei Frischgemüse und Frischobst aus ökologischem und konventionellem
Anbau 71
c
Tabelle 8 Ertragsvergleicli zwischen ökologischem und konventionellem Anbau 71
Tabelle 9: Durchschnittliche Weizenerträge in Mittel- und Westeuropa in Abhängigkeit
von der Wirtschaftsform 80
Tabelle 10: Relative Erträge von Getreide, Mais, Zuckerrüben und Kartoffeln in Ab¬
hängigkeit des Anteils der jeweiligen Fruchtart an der Ackerfläche (AF) 81
Tabelle 11: Zu analysierende relevante Faktoren und ihnen zugeordnete Indikatoren 94
Tabelle 12: Vergleichende Gegenüberstellung von Grundfunktionen anhand ausge¬
wählter Kriterien 102
Tabelle 13: Angaben zu den Datenumfängen einzelner Jahre, der Anzahl unterschied¬
licher Versuchsstandorte und zugehöriger, standortbezogener Umweltpa¬
rameter der Versuche zu Winterweizen 104
Tabelle 14: Angaben (min.-max.) zu den Datenumfängen einzelner Versuchsjahre, der
Anzahl unterschiedlicher Versuchsstandorte und zugehöriger, standortbe¬
zogener Umweltparameter der Versuche zu Winterroggen 104
Tabelle 15: In Versuchen verwendete Stickstoffmengen in kg N/ha mit ihren Auftei¬
lungen auf einzelne Versuchsvarianten und zugehörige Applikationster¬
mine zu Winterweizen 105
Tabelle 16: In den Versuchen verwendete Stickstoffmengen in kg N/ha mit ihren Auf¬
teil auf einzelne Versuchsvarianten und zugehörige Applikationstermine
zu Winterroggen 106
Tabelle 17: Kosten der Fungizidapplikation zu Winterweizen in Abhängigkeit der
pflanzlichen Entwicklungsstadien (EC-Stadien) und der Versuchsvarianten 107
Tabelle 18: Kosten der Fungizidapplikation zu Winterroggen in Abhängigkeit der
pflanzlichen Entwicklung (EC-Stadien) und der Versuchsvarianten 108
Tabelle 19: Inputdaten unterschiedlicher Skalenniveaus im Vergleich 109
Tabelle 20: Implementierte exogene lineare Restriktionen bei den Regressionsschät¬
zungen zu Winterweizen (Kanzler, Konsul) und Winterroggen - Anfangs¬
und Endwerte 123
Tabelle 21: Mittlere beobachtete Ausprägungen der Variablen Jahr, durchschnittlicher
Jahresniederschlag (Regen in mm/m2) und Nmin (kg N/ha) zu Winter¬
weizen und Roggen 24
Tabelle 22: Regressionskoeffizienten der in die Schätzungen eingegangenen Variablen
der Ertragsfunktionen von Kanzler, Konsul und Roggen 125
Tabelle 23: Partielle Bestimmtheitsmaße, Signifikanzkennungen (*) und zugehörige
p,of bzw- ,,../., -Quantilwerte der Schätzfunktionen zu Weizen (Kanzler,
Konsul) und Roggen l29
d
Tabelle 24: Maximalerträge von Winterweizen (Kanzler, Konsul) bzw. Roggen und
ihre zugehörigen Faktorinputs an Stickstoff (kg N/ha) respektive Pflan¬
zenschutz (DM PSM/ha) 132
Tabelle 25: Ertragswirksamkeit definierter Inputmengen ausgewählter Faktoren (N,
PSM) im Falle der Winterweizensorte Kanzler 132
Tabelle 26: Optimale Faktorinputs und Erträge zu aktuellen Preisen in Winterweizen
(Kanzler, Konsul) und Winterroggen 137
Tabelle 27: Produktionselastizitäten bei durchschnittlichen Einsatzintensitäten 142
Tabelle 28: Auswirkungen verschiedener Preise für Pflanzenschutzmittel (PSM) und
Stickstoffdünger auf die optimale Weizenanbau-Intensität 146
Tabelle 29: Produktionsfunktionen für Winterweizen, Braugerste und Körnermais 152
Tabelle 30: Koeffizienten zur vergleichenden Technikanalyse 167
Tabelle 31: Koeffizienten des Vergleichs unterschiedlicher verfügbarer Techniken zur
Reduktion der Pflanzenschutzmittel (PSM)-Verwendung 170
Tabelle 32: Optimale Produktivitäten. Intensitäten. Verfahrensumfänge und Angebots¬
mengen der Winterweizen-Produktion bei variierenden Pflanzenschutz¬
mittelpreisen 172
Tabelle 33: Optimale Produktion von Winterweizen bei variierenden Stickstoffpreisen 174
Tabelle 34: Preisannahmen bei den verschiedenen untersuchten Modellvarianten 174
Tabelle 35: Substitutionsbeziehungen beim Anbau von Zuckerrüben zwischen dem
Einsatz an Arbeit und Pflanzenschutzmitteln in Abhängigkeit der Preise
für PSM 184
Tabelle 36: PSM-preisabhängige Pflanzenschutzmittel-Finsatzumfänge und crzielbare
Betriebseinkommen bei Verwendung unterschiedlicher Pflanzenschutz¬
techniken 201
Tabelle 37: Anteile und Umfange der kulturspezifischen Flächennutzung im Durch¬
schnitt der Vollerwerbsbetriebe (0 VE) der Bundesrepublik Deutschland-
(BRD) und des Vergleichsgebietes 10 (0 VG 10) im Wirtschaftsjahr
1992/93 209
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