4. Modellgestützte Wirkungsanalysen ausgewählter Maßnahmen und Strategien

Für die Entwicklung des Landnutzungsszenarios 2030 für Deutschland wird das GIS-basierte Simulationsmodell Land Use Scanner (LUS) verwendet (Hilferink und Rietveld 1999; Koomen et al. 2011). Das Modell wurde 1997 an der Vrijen Universiteit Amsterdam entwickelt und seitdem weiterentwickelt. Es wird insbesondere in den Niederlanden bei der Beantwortung zahlreicher politikrelevanter Fragestellungen angewendet (Scholten et al. 1999; Schotten et al. 2001; Koomen et al. 2008; Jacobs et al. 2011). In abgewandelter Form wird es derzeit auf europäischer Ebene genutzt, um Auswirkungen politischer Entscheidungen zu analysieren (Lavalle et al. 2011). Für die hier vorliegende Modellierung von Landnutzungsänderungen in Deutschland wurde der LUS technisch angepasst, um die gestellten Anforderungen hinsichtlich der verwendeten Daten und der Implementierung unterschiedlicher Landnutzungsstrategien zu erfüllen.

Der LUS ist ein operationelles, räumlich explizit arbeitendes Modell, welches mit einem Optimierungsalgorithmus die Nachfrage nach Fläche auf dafür geeignete Rasterzellen verteilt (Abb. 4.2). Die Nachfrage wird in externen Modellen für Regionen, z. B. Landkreise, bestimmt. Die Identifikation geeigneter Rasterzellen geschieht mit Hilfe von Eignungskarten, in denen Standortfaktoren wie aktuelle Landnutzung, physische Gegebenheiten, planerische Festlegungen oder Erreichbarkeit von Infrastrukturen zusammengefasst werden. Die einzelnen Landnutzungsarten stehen dabei in Konkurrenz zueinander.

Das Modell hat einige grundlegende Eigenschaften: Es arbeitet rasterbasiert mit einer Auflösung von derzeit 100 × 100 m. In das Modell kann eine beliebige Anzahl Landnutzungsarten, in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Datenbasis, integriert werden. Damit betrachtet es nicht ausschließlich urbane Landnutzungen. Im LUS wird jeder Rasterzelle genau eine Landnutzung zugeordnet. Die Ergebnisse des Modells sind bei gleicher Parametereinstellung reproduzierbar. Festgesetzte Planungen können im LUS integriert und bei der Simulation berücksichtigt werden. Zudem liefert das Modell Ergebnisse für aufeinanderfolgende Zeitschritte. In der hier genutzten Version wird für jeden 5-Jahres-Zeitraum eine Landnutzungskarte erzeugt. Der Allokationsalgorithmus optimiert die Verortung der Landnutzungsarten so, dass die Summe der Eignungswerte der von Landnutzungswandel betroffenen Zellen maximiert wird. Drei Randbedingungen müssen dabei erfüllt werden (Koomen et al. 2011, S. 14 ff.):

Die Nachfrage nach Siedlungs- und Verkehrsfläche wird in einem externen Modell berechnet. Hierfür wurde das umweltökonomische Modell Panta Rhei Regio (PRR) verwendet (BMVBS 2011), um die Flächeninanspruchnahme durch Siedlung und Verkehr bis 2030 zu projizieren. Dies geschieht differenziert nach Nutzungsarten auf Ebene der Kreise und kreisfreien Städte. Dabei schätzt das Modell die Flächenentwicklung ökonometrisch anhand vergangener Flächentrends und sozioökonomischer Entwicklungen. Die Ergebnisse dieser Projektion werden ausführlich in Hoymann und Goetzke (2014) vorgestellt.

Das Ziel der Modellierung mit dem LUS ist es, das räumliche Muster künftiger Flächeninanspruchnahme auch unterhalb der Aggregationsstufe Landkreis und kreisfreie Stadt abzubilden und zu analysieren. Hierfür wird die auf Kreisebene vorliegende Siedlungs- und Verkehrsflächenprojektion auf einen flächenscharfen Landnutzungsdatensatz übertragen. Als Grundlage für ein solches räumliches Simulationsmodell ist ein Datensatz notwendig, der die Flächennutzung in Deutschland räumlich möglichst detailliert repräsentiert. Ein Überblick und Vergleich aktueller Daten wurde von Hoymann (2013) vorgenommen. Im vorgestellten Szenario wird ein kombinierter Datensatz aus dem Landbedeckungsmodell Deutschlands (LBM-DE) des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) und dem Copernicus Urban Atlas verwendet, der zudem durch Informationen aus dem ATKIS Basis-DLM ergänzt wurde. Durch die Kombination dieser Datensätze wurde eine optimale räumliche und thematische Repräsentation der Flächennutzung erreicht, die jeweils mit den einzelnen Datensätzen nicht möglich gewesen wäre. Ein ähnliches Verfahren zur Erstellung eines verfeinerten Landnutzungsdatensatzes auf europäischer Skala ist bei Batista e Silva et al. (2013) dokumentiert.² Das Aggregieren der großmaßstäbigen Informationen aus LBM-DE und Urban Atlas auf 1 ha-Rasterzellen führt dazu, dass kleine und linienhafte Elemente in diesem Datensatz unterschätzt werden. So ist der Anteil der Verkehrsflächen im kombinierten Landnutzungsdatensatz kleiner als in der Flächenstatistik, die im Modell PRR verwendet wurde. Ein bedeutender Teil der Verkehrsflächen entfällt nach dem Aggregieren auf die anderen (flächenhaften) urbanen und landwirtschaftlichen Landnutzungsklassen. Dies muss bei der Interpretation der Ergebnisse und Übergabe an die Modelle RAUMIS sowie FoBeSiMo berücksichtigt werden.

In die Eignungskarten fließen neben der Flächennutzung zahlreiche weitere räumliche Informationen ein, die einen potenziellen Einfluss auf die zukünftige Änderung der Flächennutzung haben. Dazu zählen Daten zu Geomorphologie, Erreichbarkeit von verkehrlicher und sozialer Infrastruktur oder planerische Vorgaben aus Regionalplänen und Fachplanungen (vgl. Abb. 4.2). Die Eingangsdaten und die Methodik zur Berechnung der Eignungskarten werden detailliert in Hoymann und Goetzke (2014) beschrieben.

Alle räumlichen Einzelinformationen werden gewichtet und in jeweils einer Eignungskarte für jede zu modellierende Landnutzungsart zusammengefasst. Auf diese Weise liegen dem Landnutzungsmodell für jede Rasterzelle Informationen zur lokalen Eignung für jede Landnutzungsart vor. Landnutzungsänderungen werden vom LUS überall dort vorgenommen, wo eine andere Landnutzung stärker „geeignet“ ist als die derzeit vorhandene, die entsprechende regionale Nachfrage gegeben ist und bestimmte andere im Modell definierte Regeln zutreffen. Dieses Regelwerk beinhaltet Parameter, die bestimmen, ob sich die modellinterne „Investition“ zur Aktivierung einer Fläche für eine neue Nutzung lohnt und nach welchem Zeitraum sich diese amortisiert. So wird ein Wald erst nach vielen Jahrzehnten Gewinn abwerfen und dementsprechend nicht schon nach wenigen Jahren für eine neue Landnutzung in Betracht gezogen. Ebenso sind Siedlungs- und Verkehrsflächen sehr persistent, da ihr Bau mit hohen Investitionskosten verbunden ist.

Das Regionalisierte Agrar- und Umweltinformationssystem für Deutschland (RAUMIS) ist ein agrarökonomisches Optimierungsmodell, das die landwirtschaftliche Produktion, Einkommen und Umweltwirkungen in Deutschland auf regionaler Ebene abbildet. RAUMIS umfasst den gesamten Pflanzenbau (z. B. Marktfrüchte, Futterpflanzen, Grünland und Energiepflanzen) sowie die Tierhaltung. Das Modell wurde in den 1990er-Jahren entwickelt und seitdem für die Politikberatung und Forschungsaufgaben verwendet und weiterentwickelt. RAUMIS wird insbesondere zur modellgestützten Politikfolgenabschätzung der Agrar- und Umweltpolitik auf die landwirtschaftliche Produktion, Landnutzung, Einkommen sowie Umweltwirkungen eingesetzt.

Sogenannte Regionshöfe repräsentieren die landwirtschaftliche Produktion auf der Ebene von Landkreisen. Die Regionshöfe umfassen sämtliche Produktionsverfahren und -faktoren der Landkreise und verfolgen das Ziel der Gewinnmaximierung. Gewinnmaximierung wird im Rahmen eines linearen Programmierungsansatzes abgebildet, der sämtliche landwirtschaftliche Produktionsverfahren umfasst. Im Zuge der Kalibrierung der Produktionsumfänge auf ein Basisjahr und Anwendung der Methode der Positiven Mathematischen Programmierung (PMP; Cypris 2000) wird eine nichtlineare Zielfunktion abgeleitet, durch die im Wesentlichen steigende Grenzkosten der Substitution zwischen den Produktionsverfahren simuliert werden. Bei sich ändernden politischen und/oder ökonomischen Rahmenbedingungen passen die Regionshöfe entsprechend der nichtlinearen Zielfunktion ihr Produktionsprogramm an, um ihren Gewinn unter den neuen Rahmenbedingungen zu maximieren. Ausgehend vom Basisjahr wird die landwirtschaftliche Produktion für ein Zieljahr projiziert, das als Referenzprojektion für komparative statische Analysen dient (vgl. Henrichsmeyer et al. 1996).

Die RAUMIS-Modelldatenbasis ist konsistent mit der Landwirtschaftlichen Gesamtrechnung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und den praxisüblichen landwirtschaftlichen Produktionsverfahren nach Anbauempfehlungen, z. B. des Kuratoriums für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL). Die Produktionsumfänge und Erträge basieren auf den Regionalstatistiken der Landkreise und Gemeinden der Statistischen Landesämter und repräsentieren somit die regionalspezifischen landwirtschaftlichen Produktionsverfahren und -ausrichtungen (vgl. Weingarten 1995; Henrichsmeyer et al. 1996; Cypris und Kreins 1998; Cypris 2000).

Ursprünglich adressierte RAUMIS im Bereich der Politikfolgenabschätzung vorwiegend die Auswirkungen und Bewertung der Instrumente der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) und deren Reformen: die Entkoppelung von Produktionsprämien, die Einführung und Reformen von Agrar- und Umweltprogrammen und Reformen der Marktordnungen (z. B. die Produktionsquoten von Zucker, Milch). Auch waren die Entwicklung der Agrarmärkte (z. B. Preiswirkungen) sowie der Einfluss des globalen Wandels auf die Agrarmärkte von Interesse (vgl. Bertelsmeier et al. 2002; Kreins et al. 2002; Gömann et al. 2003; Isermeyer et al. 2006; Kreins und Gömann 2008; Offermann et al. 2016).

Im Bereich „Umweltwirkungen“ wurde RAUMIS bisher im Wesentlichen in zwei Forschungsschwerpunkten eingesetzt: zur Analyse von Pflanzenschutzmittelanwendungen (vgl. Gömann et al. 2002; Sieber 2003; Julius et al. 2003; Sieber et al. 2010) und zur Quantifizierung landwirtschaftlicher Nährstoffeinträge und ihrer Umweltwirkungen in Bezug auf die Gewässerqualität. Im Forschungsbereich „Nährstoffe und Gewässerschutz“ wurden im Rahmen von mehreren interdisziplinären Verbundprojekten Schnittstellen zu hydrologischen Modellen entwickelt (vgl. Weingarten und Kreins 2003; Gömann et al. 2004, 2011; Kunkel et al. 2005; Hirt et al. 2008; Kuhn et al. 2008; Tetzlaff et al. 2007, 2008; Wendland et al. 2009; Kuhr et al. 2013).

Zur Analyse der Auswirkungen der Förderung erneuerbarer Energien und dem zunehmenden Anbau von Silomais als nachwachsendem Rohstoff zur Erzeugung von Biogas wurde RAUMIS um das Verfahren Energiemais erweitert (vgl. Gömann et al. 2007a, b, 2010; Gömann und Kreins 2012).

Im Bereich der THG-Bilanzierung liefert RAUMIS die Aktivitätsdaten zur Berechnung der Emissionen aus der landwirtschaftlichen Pflanzen- und Tierproduktion, die in der THG-Emissionsberichterstattung ausgewiesen werden (vgl. Rösemann et al. 2015; Haenel et al. 2016).

Zur Anwendung auf die Fragestellungen des Projekts CC-LandStraD und zur Implementierung in dessen Modellverbund wurde RAUMIS um verschiedene Aktivitäten und Indikatoren erweitert. Der Bereich Politikfolgenabschätzung wurde um die Simulation von Politikinstrumenten zur THG-Emissionsvermeidung erweitert. Die Maßnahme der Emissionssteuern wurde in RAUMIS implementiert und gibt als Klimavermeidungspolitik einen Anreiz, Mitigationsmaßnahmen umzusetzen (vgl. Schuler et al. 2014; Röder et al. 2015). Im Bereich Umweltwirkungen wurde RAUMIS um die Indikatoren der Stickstoffflächenbilanz und des Stickstoffgehalts im Sickerwasser erweitert. Beide Umweltindikatoren ermöglichen die Analyse der Umweltwirkung von Klimaschutzpolitik auf die Gewässerqualität. Des Weiteren wurde die Wiedervernässung von landwirtschaftlich genutzten organischen Böden als Aktivität zur Reduzierung von THG-Emissionen modelliert (vgl. Schuler et al. 2014; Röder et al. 2015).

Der Bereich „Erneuerbare Energien“ wurde um die Aktivitäten der Paludikultur (Schilfanbau auf Nieder- und Anmoorstandorten außerhalb der Schutzgebietskulisse) als alternative Biogassubstratpflanze erweitert (vgl. Schuler et al. 2014; Röder et al. 2015). Als weitere Produktionsaktivität für erneuerbare Energien wurde der Anbau von Kurzumtriebsgehölzen in RAUMIS implementiert (vgl. Henseler et al. 2015; Röder et al. 2015).

Im Bereich „THG-Bilanzierung“ wurde RAUMIS um mehrere Indikatoren erweitert. Diese sind Modellschnittstellen zu Emissionsmodellen und ermöglichen die Simulation von THG-Emissionen aus landwirtschaftlicher Produktion. Die THG-Emissionen sind regional und nach Bodentyp (Mineralböden, organische Böden) differenziert. Des Weiteren werden THG-Emissionen aus der Tierhaltung abgebildet (vgl. Henseler und Dechow 2014; Röder et al. 2015).

Im CC-LandStraD-Modellverbund nimmt RAUMIS durch die Schnittstellen zu fast allen Teilmodellen eine zentrale Position ein. Über die Modellschnittstellen zu CAPRI, Land Use Scanner und FoBeSiMo erhält RAUMIS die Informationen zu Entwicklungen der Agrarpreise und Landnutzungsänderungen durch Siedlung, Verkehr und Forst. Über die anderen Teilmodelle erhält RAUMIS die Daten für biophysikalische Prozesse (z. B. zur THG-Emissionsberechnung aus Böden von MODE und aus der Tierhaltung von GAS-EM).

Durch die Erweiterungen um neue Aktivitäten und Indikatoren sowie die Kopplung zu den CC-LandStraD-Teilmodellen werden verschiedene Einzelmaßnahmen sowie Strategien simuliert. Die Modellergebnisse werden regional und für gesamt Deutschland ausgewiesen und analysiert. Somit ermöglicht RAUMIS eine differenzierte Analyse der Auswirkungen simulierter Klimaschutzmaßnahmen auf die landwirtschaftliche Produktion, Einkommen, Umwelt einschließlich der Höhe der THG-Emissionen.

Für die Analyse der Anpassungen von Forstbetrieben an veränderte Rahmenbedingungen wurde im Rahmen von CC-LandStraD das Forstbetriebliche Simulationsmodell (FoBeSiMo) entwickelt. Mit Hilfe von FoBeSiMo lassen sich Auswirkungen klimatisch bedingter Veränderungen von Produktionsbedingungen, Änderungen wirtschaftlicher Rahmenbedingungen sowie mögliche Reaktionen der Forstbetriebe sowohl auf naturale als auch wirtschaftliche Ergebnisse in der Forstwirtschaft abbilden. Dabei sind in FoBeSiMo die regional unterschiedlichen Standortbedingungen in Deutschland berücksichtigt. Der Aufbau des Modells FoBeSiMo ist in Abb. 4.3 schematisch dargestellt und umfasst als drei zentrale Module 1) forstliche Modellbetriebe, 2) Entscheidungsregeln und 3) ein integriertes Simulationsmodul.

Die Untersuchung der Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimaänderungen auf den Stoffhaushalt der Waldbestände in Deutschland erfolgt mit Hilfe des prozessbasierten Waldwachstumsmodells 4C. Mit 4C werden sowohl der Stoffhaushalt als auch die forstliche Wuchsleistung von Wäldern unter sich ändernden Klimabedingungen und unter Bewirtschaftung analysiert (Lasch et al. 2005; Lasch-Born et al. 2015). Um flächendeckende Aussagen ableiten zu können, wurde das Modell 4C für 69.393 Waldbestände in Deutschland angewendet. Die Anzahl der Bestände ergab sich durch die Datengrundlage der Bundeswaldinventur (BWI²-Erhebung 2002), auf deren Basis die Charakterisierung der Bestandesausgangssituation erfolgte (BMELV 2005). Die Daten der Untersuchungsplots der BWI² lieferten für jeden simulierten Waldbestand die Informationen „Baumart“ und „Alter“. Um die Initialisierung der Bestände für die Modellsimulation zu ermöglichen, mussten Vereinfachungen in der Bestandsstruktur vorgenommen werden. Berücksichtigung fanden nur die Baumartengruppen Fichte, Kiefer, Douglasie, Buche, Eiche⁷ und sonstige Laubhölzer niedriger Lebensdauer.

Des Weiteren wurden den Beständen die bundesland-, baumarten- und altersklassenspezifischen mittleren Bestandesparameter (Höhe, Bursthöhendurchmesser und Grundfläche) zugeordnet und für die Bestandesinitialisierung genutzt. Dadurch ist gesichert, dass die Aggregation der Bestände auf Kreis-, Landes- und Bundesebene den Erhebungen der BWI² entspricht. Aus den Informationen, die durch die Verschneidung der Koordinaten jedes einzelnen Bestands mit der BÜK 1000 (BGR 2004) gewonnen wurden, wurde für jeden Bestand der entsprechende Boden initialisiert. Weiterhin wurde jedem Bestand die nächstliegende der insgesamt 1218 Klimastationen zugeordnet. Auf der Grundlage der zum Bestand gehörenden Waldfläche (CORINE Landnutzungsdatensatz; DLR-DFD 2004; CORINE Land Cover [CLC] 2000) werden die Ergebnisse der Simulationen auf die drei o. g. Verwaltungsebenen aggregiert. Diese Vorgehensweise ermöglichte eine flächige Simulation des Gesamtwaldes, ohne jedoch exakte Aussagen zu konkreten Waldbeständen machen zu können.

In der räumlichen Darstellung der Ergebnisse (vgl. Abb. 4.15) wird die Wirkung der Maßnahme deutlich: In peripheren ländlichen Gebieten, v. a. in Sachsen-Anhalt, Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern, findet ein deutlicher Rückgang der Neuinanspruchnahme durch Siedlungs- und Verkehrsflächen statt – regional bis zum Netto-Rückbau von Siedlungsfläche. Aufgrund der dezentralen Konzentration mit Stärkung des Zentrale-Orte-Systems erhöht sich in Gemeinden mit zentralörtlichen Funktionen die Siedlungsflächenzunahme. Dieser Konzentrationsprozess wird zum einen deutlich in ländlich geprägten Regionen in Bayern, Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Niedersachsen, wo eine Verlagerung der Siedlungsentwicklung aus benachbarten ländlichen Gemeinden ohne zentralörtliche Funktionen stattfindet. Zum anderen treten Mittelzentren im Einzugsbereich von Großstadtregionen deutlich hervor, die zunehmend Teile von deren Funktionen übernehmen. Damit erfolgt eine Verlagerung der Siedlungsentwicklung aus den Großstadtregionen in benachbarte Mittelzentren. Diese werden zusätzlich durch eine Verlagerung der Siedlungsflächenentwicklung aus dem angrenzenden ländlichen Raum gestärkt. Dies ist vor allem im Umland von Berlin, Frankfurt/Mainz/Wiesbaden, Hamburg, Düsseldorf, Köln, Bonn und Dresden zu beobachten. Im Ruhrgebiet wird durch die Maßnahme ein Teil der Siedlungsflächenentwicklung von den Großstädten mit deutlicherem Zuwachs in der Referenzprojektion (z. B. Essen, Dortmund) in die benachbarten Zentren sowie in Städte im erweiterten Umland (südliches Münsterland) verlagert. Dies hängt mit der Stärkung dieser Zentren durch die dezentrale Konzentration zusammen. Hierdurch werden diese Städte nicht nur gegenüber dem Umland attraktiver und erhalten mehr Zuzug, sondern werden auch gegenüber den benachbarten Zentren gestärkt.

Für eine klimaschützende Landnutzungsstrategie werden im Sektor Siedlung und Verkehr Maßnahmen gebündelt, die eine ressourcenschonende Siedlungsentwicklung und effiziente Siedlungsstrukturen fördern. Mit Blick auf die Relevanz für die Flächennutzung geht es in erster Linie um die Reduzierung der Flächeninanspruchnahme, wodurch Kohlenstoffsenken erhalten bleiben. Zudem ermöglicht gezielte Innenentwicklung die effizientere Ausnutzung von Infrastruktur. Laut Jenssen (2009, S. 283) könne „ein wichtiges Element zur THG-Minderung […] die Gestaltung der zukünftigen Siedlungsentwicklung durch dichte Siedlungsformen sein“, was durch entsprechende Studien belegt ist (Dodman 2009; Hamin und Gurren 2009; Jenssen 2009). Es geht in der Klimaschutzstrategie genauso wenig wie in den auf die Erhöhung der städtebaulichen Dichte ausgerichteten Einzelmaßnahmen um „bedingungslose Dichte im Namen des Klimaschutzes“ (Jenssen 2009, S. 283), sondern um eine Dichte, die mit hoher städtebaulicher Qualität einhergeht.

Insbesondere im Zusammenspiel mit Maßnahmen zur Reduzierung des Verkehrsaufkommens können hierdurch erhebliche CO₂-Emissionen eingespart werden. Die CO₂-Emissionen des Verkehrssektors beliefen sich im Jahr 2006 auf 160 Mio. t, wovon 93 % auf den Straßenverkehr entfallen (infas Institut für angewandte Sozialwissenschaften GmbH und DLR Institut für Verkehrsforschung 2010, S. 1). Damit ist der Straßenverkehr für knapp 16 % der Gesamt-Emissionen an CO₂ verantwortlich (Umweltbundesamt 2013, S. 196). Würde beispielsweise das Verhältnis von ÖPNV zu MIV von derzeit 1:5 auf 2:1 verändert werden, hätte dies eine beachtliche Wirkung auf die gesamte THG-Bilanz (Fuhrich et al. 2004; infas Institut für angewandte Sozialwissenschaften GmbH und DLR Institut für Verkehrsforschung 2010). Gezielte Maßnahmen können dies befördern, wie die Konzentration der Siedlungsentwicklung auf zentrale Orte und effiziente (ÖPNV-) Verkehrsknotenpunkte oder die Reduzierung der Verkehrsflächenentwicklung sowie eine insgesamt verdichtete Siedlungsentwicklung. Die Abschätzung der dadurch möglichen THG-Einsparung ist nicht Gegenstand dieser Studie (vgl. Kap. 1).

Die Strategie „Klimaschutz“ wird durch die Kombination folgender Maßnahmen modelliert:

Darüber hinaus fließt aus der Maßnahme „Erhalt und Entwicklung innerstädtischer Freiflächen“ das Element „Rückbau, Entsiegelung und Konzentration gebauter Strukturen“ in die Strategie ein. Dabei gilt die Annahme, dass entsiegelte Flächen innerhalb des Siedlungskörpers begrünt werden und somit einen Beitrag zur Kohlenstoffspeicherung leisten können.

Neben den Maßnahmen aus dem Siedlungssektor, die zu dieser Strategie beitragen, wird zusätzlich eine sektorübergreifende Maßnahme „Aufforstung“ betrachtet. In dieser Maßnahme wird von einer Erhöhung der Waldfläche um 10 % oder 10.800 km² ausgegangen, wodurch der Waldflächenanteil von 30 auf 33 % der Bundesfläche steigen würde. In den anderen Landnutzungsstrategien wird ein kontinuierlicher Flächenzuwachs des Waldes von insgesamt knapp 3 % angenommen, wodurch sich die Waldfläche bis 2030 von 30 auf 31 % erhöhen würde.

Aufgrund der Kombination mehrerer Maßnahmen, die auf die Reduzierung der Flächeninanspruchnahme abzielen, ergibt sich in der Klimaschutzstrategie laut Modellrechnung eine deutliche Reduktion der täglichen Flächeninanspruchnahme auf etwa 20 ha im Zeitraum 2026 bis 2030 (vgl. Abb. 4.24). Insgesamt würden zwischen 2010 und 2030 fast 2200 km² weniger Fläche für Siedlungs- und Verkehrszwecke in Anspruch genommen, als in der Referenzprojektion. Das entspräche etwa der 2,5-fachen Fläche Berlins. Der Rückgang der Flächenneuinanspruchnahme wird vom Rückgang der Gebäude- und Freifläche getragen, auf die die Maßnahmen insbesondere abzielen. Ein leichter Rückgang der Verkehrsflächenentwicklung gegenüber der Referenzprojektion ergibt sich aus der geringeren Anzahl benötigter Erschließungsstraßen. Auch die Erholungsflächenentwicklung wäre rückläufig, da weniger Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen umgesetzt werden müssten. Ab etwa 2025 würde netto keine zusätzliche Gebäude- und Freiflächenentwicklung mehr stattfinden. Sie könnte durch den fortlaufenden Rückbau von Leerständen und die damit einhergehende Konzentration auf bereits bebaute Strukturen unter Null sinken.

Auch wenn deutschlandweit betrachtet in der Klimaschutzstrategie die Flächeninanspruchnahme deutlich reduziert werden kann, ist davon auszugehen, dass es weiterhin Regionen mit hohem Flächenzuwachs gibt (vgl. Abb. 4.25). Von einem weiterhin hohen Flächenzuwachs trotz der durchgeführten Maßnahmen wird im Umland der großen Großstädte (v. a. Hamburg, Berlin, München), im Rheinland, der Metropolregion Rhein-Neckar und im westlichen Niedersachsen (Emsland) auszugehen sein. In weiten Landesteilen Sachsens, Sachsen-Anhalts und Mecklenburgs könnte aufgrund des hohen Leerstands ein Netto-Rückbau stattfinden, der entsprechend begleitet werden muss, um die bestehenden Strukturen zu stärken. In vielen kreisfreien Städten könnte die Baulandnachfrage vollständig durch Innenentwicklung befriedigt werden. Hierzu zählen viele Städte im Ruhrgebiet (z. B. Essen, Dortmund, Herne), von denen einige aufgrund des hohen Leerstands auch Netto-Rückbau betreffen könnte (z. B. Gelsenkirchen, Bochum). Aber auch andere kreisfreie Städte – vor allem solche mit Bevölkerungsrückgang – könnten ihre Außenentwicklung durch Maßnahmen der Innenentwicklung, Konzentration und Entsiegelung drastisch reduzieren, wie z. B. Offenbach, Ludwigshafen, Wuppertal, Solingen, Krefeld oder Kassel.

In der Klimaschutzstrategie wird neben den Annahmen zu Maßnahmen im Siedlungs- und Verkehrsbereich ein Aufforstungsszenario berücksichtigt, bei dem die Waldfläche bis 2030 um 10 % zunimmt. Dies wirkt sich lokal auf die räumliche Verteilung der Siedlungsflächenentwicklung aus, da durch die zusätzlichen Flächenansprüche manche Flächen eine gewisse Eignung sowohl für die Ausweitung von Siedlungsgebieten aufweisen als auch für Aufforstung. Insgesamt ändert sich das Muster der Siedlungsentwicklung jedoch nicht, da durch die getroffenen Annahmen zur Aufforstung Waldmehrung vor allem in Gebieten mit einem hohen Anteil an Grenzertragsstandorten stattfindet. Historisch gesehen sind dies nicht die Gegenden, in denen größere Siedlungsgebiete entstanden sind, sondern in weiten Teilen periphere ländliche Regionen. Die höchsten absoluten Zuwächse der Waldfläche finden sich unter dieser Annahme beispielsweise in Brandenburg (z. B. Uckermark, Havelland, Potsdam-Mittelmark), Sachsen-Anhalt (Altmark, Börde), im Alpenvorland (z. B. Weilheim-Schongau, Bad Tölz-Wolfrathshausen, Oberallgäu) und auf der Schwäbischen Alb (z. B. Zollernalbkreis, Reutlingen).

Um die Wirkung der in der Klimaschutzstrategie verwendeten Maßnahmen zu bewerten, werden unterschiedliche Indikatoren herangezogen, wie die „Verkehrliche Erschließung neuer Siedlungsflächen“. Während in der Referenzprojektion neue Siedlungsflächen im Durchschnitt mit einer Fahrtzeit von 28 min per öffentlichem Verkehr vom nächsten Mittel- oder Oberzentrum entstehen, sind es in der Klimaschutzstrategie im Schnitt 25 min (vgl. zur Erläuterung Abschn. 4.4.2.5).¹² Die Maßnahmen der Klimaschutzstrategie führen demnach dazu, dass nicht nur weniger neue Siedlungsflächen benötigt werden, sondern auch zu einer besseren verkehrlichen Erreichbarkeit. Dies unterstützt eine Veränderung des Modal Split und kann den hohen Anteil des MIV und damit beträchtliche THG-Emissionen reduzieren.

Die insgesamt kompaktere Siedlungsentwicklung (Leitbild ist die Stadt der kurzen Wege) lässt sich mit Hilfe des Indikators „Standörtliche Integration neuer Siedlungsflächen“ messen. Zur Berechnung dieses Indikators wird die gemeinsame Randlänge neuer und bestehender Siedlungs- und Verkehrsflächen durch den Umfang neuer Siedlungs- und Verkehrsflächen geteilt. Dies erlaubt Aussagen über die räumliche Konzentration der Siedlungsentwicklung, bzw. über das Ausmaß der Zersiedelung (BMVBS 2007). Abb. 4.26 lässt erkennen, dass durch das Maßnahmenbündel der Klimaschutzstrategie in den meisten Regionen eine bessere Integration neuer Siedlungsflächen in bestehende Siedlungskörper erreicht werden kann. Dies ist in 86 % der Kreise der Fall. Die standörtliche Integration neuer Siedlungsflächen verbessert sich vor allem in den Regionen, die in der Klimaschutzstrategie kaum noch nennenswerte Flächenerweiterungen aufweisen (z. B. Altmark). In diesen Regionen sind die wenigen neu hinzukommenden Siedlungsflächen gut in den Siedlungsbestand integriert, woraus sich eine deutliche Verbesserung des Indexwertes ergibt (vgl. Abschn. 4.4.2.2).

Durch die Klimaschutzmaßnahmen im Siedlungs- und Verkehrssektor ergeben sich auch Änderungen in der Kohlenstoffbilanz der betroffenen Landnutzung. Auf versiegelten Flächen findet weder Sequestrierung noch Emission von Kohlenstoff durch den Boden statt. Je nach Humusgehalt des Oberbodens und Bewirtschaftungsweise wird auf Ackerflächen weniger Kohlenstoff eingespart als auf Grünland oder im Wald oder sogar netto emittiert. Abhängig davon, auf welchen Flächen sich die Siedlungs- und Verkehrsfläche ausdehnt und wie diese zusammengesetzt ist (Grünflächen, Versiegelungsgrad), ergeben sich Veränderungen in der Kapazität von Boden und Vegetation zur Bindung von Kohlenstoff. Demnach wirkt eine klimaschützende Siedlungsentwicklung vor allem dort, wo Flächeninanspruchnahme hauptsächlich auf Grünland stattfindet.

Im Siedlungs- und Verkehrsbereich werden keine Maßnahmen der Bioenergiestrategie modelliert, da keine flächenrelevanten Maßnahmen identifiziert wurden. Jedoch können Maßnahmen, die nicht primär auf die Förderung von Biomasse abzielen, eine Bioenergiestrategie trotzdem unterstützen. So können städtische Grünflächen erhalten und ausgeweitet werden (Maßnahme „Erhalt und Entwicklung innerstädtischer Freiflächen“), sodass der dort entstehende Grünschnitt energetisch weiterverarbeitet werden kann (vgl. Abschn. 4.4.2.4). Des Weiteren trägt eine Reduzierung der Flächenneuinanspruchnahme durch Siedlung und Verkehr zu verminderten Flächenkonkurrenzen auf der Landwirtschaftsfläche bei, was ein Nebeneinander von Pflanzen zur energetischen Nutzung und zur Nahrungs- und Futtermittelnutzung erleichtert. Es wurde festgestellt, dass alle Maßnahmen im Siedlungs- und Verkehrsbereich aus der Natur- und Umweltschutzstrategie auch einen positiven Effekt auf die Bioenergiestrategie haben. Zu welchem Zweck die von Siedlungsentwicklung freigehaltenen Flächen genutzt werden (Biomasse oder Naturschutz), ist aus Sicht der Siedlungsflächenmodellierung unerheblich. Dies wird in den land- und forstwirtschaftlichen Modellen analysiert. Die für land- und forstwirtschaftliche Zwecke verbleibenden Flächensummen sind in den Strategien „Bioenergie“ und „Natur- und Umweltschutz“ nahezu identisch.

In der Natur- und Umweltschutzstrategie werden Maßnahmen durchgeführt, die eine nachhaltige Landnutzung zum Ziel haben und dabei eine Siedlungs- und Verkehrsflächenentwicklung fördern, die verstärkt Natur- und Umweltschutzaspekte berücksichtigt. Der Klimawandel steht dabei nicht im Mittelpunkt des Interesses, doch können Natur- und Umweltschutzmaßnahmen durchaus positive Klimawirkungen entfalten. Andersherum betrachtet können Klimaschutz- und Klimaanpassungsaspekte zusätzliche Argumente für die Durchführung von Natur- und Umweltschutzmaßnahmen im Siedlungs- und Verkehrsbereich sein. Das Zusammenwirken von Stadtnaturschutz und Gesundheitsaspekten wird von Rittel et al. (2014) ausführlich beschrieben. Beim Thema Brachflächen gibt es nicht nur teils divergierende Interessen in Bezug auf Klimaschutz (Nachverdichtung) und -anpassung (Freiraum), hinzu kommen auch Naturschutzinteressen, weil innerstädtische Brachflächen oft bedeutende Standorte für seltene Arten darstellen und damit eine wichtige Rolle für die biologische Vielfalt in der Stadt spielen (Hansen et al. 2012). Hier gilt es, einen Ausgleich zwischen Erholungsnutzung, Förderung der Biodiversität und berechtigten Nachverdichtungsinteressen herzustellen.

Naturschutzpolitische Instrumente können auch einen Beitrag zur Steuerung der Flächeninanspruchnahme leisten, wie Heiland et al. (2006) ausführlich darstellen. Dies kann wiederum Klimaschutzinteressen positiv unterstützen. Einige dieser Instrumente, wie beispielsweise Landschaftsschutzgebiete, werden bislang kaum zur Steuerung der Siedlungsflächenentwicklung in Betracht gezogen. Mit Hilfe der Landnutzungsmodellierung kann dargestellt und analysiert werden, welche Wirkung sich aus einer Stärkung naturschutzpolitischer Instrumente in Bezug auf die Siedlungsentwicklung ergeben kann.

In der Modellierung werden Maßnahmen kombiniert, die sich in weiten Teilen auch in den Strategien Klimaschutz bzw. Klimaanpassung wiederfinden. Folgende Maßnahmen werden in der Natur- und Umweltschutzstrategie modelliert:

In der Natur- und Umweltschutzstrategie liegt die Flächenneuinanspruchnahme durch Siedlung und Verkehr nach Modellrechnungen im Zeitraum 2026 bis 2030 bei etwa 25 ha/Tag. Dieser Rückgang ergibt sich vor allem aus einem deutlich geringeren Bedarf an Gebäude- und Freifläche mit 8 ha/Tag gegenüber 19 ha/Tag in der Referenzprojektion. Aber auch die Verkehrsflächenentwicklung ist mit unter 13 ha/Tag niedriger als in der Referenzprojektion mit 15 ha/Tag (vgl. Abb. 4.27). Die deutlichen Rückgänge der täglichen Flächeninanspruchnahme in der Natur- und Umweltschutzstrategie haben ein ähnliches räumliches Muster wie in der Klimaschutzstrategie, allerdings sind sie insgesamt weniger ausgeprägt.

In Bezug auf die Menge der Flächeninanspruchnahme ist die Natur- und Umweltschutzstrategie ein Mittelweg zwischen den Strategien Klimaschutz und Klimaanpassung, denn sie berücksichtigt sowohl Aspekte des Flächensparens als auch wertvolle Freiräume. Auch die beiden anderen Strategien gehen nicht an die Grenze ihrer Möglichkeiten bspw. hinsichtlich der Ausschöpfung von Innenentwicklungspotenzialen oder des Rückbaus, da die Maßnahmen innerhalb der Strategien immer im Bereich des städtebaulich sinnvollen bzw. machbaren bleiben. Doch in der Natur- und Umweltschutzstrategie finden sich Elemente von beiden „Polen“.

Hinsichtlich des räumlichen Musters der Siedlungsentwicklung ergeben sich in der Natur- und Umweltschutzstrategie spezifische Besonderheiten, die beispielsweise aus der Stärkung von Schutzgebieten, z. B. durch Pufferung, resultieren. Insgesamt verortet das Landnutzungsmodell nur noch ein Drittel der in der Referenzprojektion in Schutzgebieten verorteten Siedlungsflächen in diesen Gebieten. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es in der Klimaschutzstrategie noch weniger sind, da die Flächenneuinanspruchnahme insgesamt geringer ausfällt. Aus dieser Erkenntnis ergeben sich aus rein quantitativer Sicht Argumentationsmöglichkeiten, dass Klimaschutz dem Naturschutz, bzw. Naturschutz dem Klimaschutz dienlich sein kann. Hierfür bedarf es allerdings einer genaueren Betrachtung, was auf den entsprechenden Flächen genau passiert.

Deutlich ist in der Natur- und Umweltschutzstrategie der Rückgang der Siedlungs- und Verkehrsflächenentwicklung in unzerschnittenen Räumen. Während in der Referenzprojektion das Modell noch mehr als 15.000 ha bis 2030 in diesen Räumen verortet, sind es in der Natur- und Umweltschutzstrategie nur noch weniger als 4000 ha (in der Klimaschutzstrategie 3000 ha).

Somit lässt sich festhalten, dass in der Klimaschutzstrategie zwar noch mehr schützenswerte Räume erhalten bleiben als in der Natur- und Umweltschutzstrategie, diese aber die Möglichkeiten der Kommunen bei der Ausweisung von Baugebieten deutlich beschränkt. Die Maßnahmen der Natur- und Umweltschutzstrategie sind hinsichtlich des Flächensparens weniger restriktiv, bewirken aber dennoch eine erkennbare Verbesserung beim Erhalt von aus naturschutzfachlicher Sicht schützenswerter Räume.

Im Siedlungs- und Verkehrsbereich sind, ähnlich wie im Forst, Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel von wesentlich größerer Bedeutung als in der Landwirtschaft, mit denen kurzfristiger auf sich ändernde Umweltbedingungen reagiert werden kann. Heutige Planungen von Baugebieten und Verkehrsinfrastruktur manifestieren Landnutzungsänderungen auf Jahrzehnte hinaus und sind nur unter hohem Kostenaufwand wieder zu verändern. Aus den prognostizierten Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland, wie lang anhaltende Hitzewellen im Sommer, zunehmende Starkregen und häufiger wiederkehrende extreme Hochwasserereignisse, ergeben sich besondere Anforderungen an den Siedlungs- und Infrastrukturbau zum Schutz von Menschen und Sachgütern (vgl. Bundesregierung 2008, S. 19 f.).

Anpassung kann im Bereich des Bauwesens geschehen, beispielsweise durch hochwasserangepasste Bauweise, Ausbau der Kanalisation, hitzebeständigere Materialien im Straßenbau oder durch Fassaden mit hoher Albedo. Im Fokus stehen hier hingegen flächenrelevante Maßnahmen. Eine besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang der Raum-, Regional- und Bauleitplanung zu, wie schon die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel feststellt (Bundesregierung 2008, S. 42): „Die Raum-, Regional- und Bauleitplanung stehen am Anfang der Risikovermeidungskette, da sie räumliche Vorsorgekonzepte entwickeln, die Planungsdokumente hohe Bestandsdauer und rechtliche Verbindlichkeit besitzen und bis zur praktischen Umsetzung der Planinhalte teilweise lange Vorlaufzeiten entstehen. Der räumlichen Planung kommt dabei die wichtige Aufgabe zu, verschiedene Ansprüche an den Raum miteinander zu vereinbaren.“ Insbesondere die Raumordnung ist geeignet, entsprechende Risikovorsorge durch die Ausweisung von Vorrang- und Vorbehaltsgebieten und die Steuerung der Siedlungsentwicklung zu leisten (vgl. Spiekermann und Franck 2014). Dies geschieht im Bereich der Hochwasservorsorge − derzeit im Zusammenhang mit der Umsetzung der Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie des europäischen Parlaments und des Rates (Richtlinie 2007/60/EG) − , aber auch bei der thermischen Entlastung von Städten kann die Raumordnung einen wichtigen Beitrag leisten, beispielsweise durch das Freihalten von Luftaustauschkorridoren. Zur Reduzierung des Hitzeinseleffekts (vgl. Oke 1997) müssen, wie auch bei anderen Anpassungsaspekten, die verschiedenen Planungsebenen ineinandergreifen, beispielsweise durch (Lülf 2008):

Für konkrete Umsetzungsbeispiele aus der Praxis im Bereich Überflutungs- und Hitzevorsorge durch die Stadtentwicklung sei auf die Ergebnisse des Projektes „Strategie Klimaanpassung zur Überflutungsvorsorge verschiedener Siedlungstypen als kommunale Gemeinschaftsaufgabe“ aus dem Forschungsprogramm „Experimenteller Wohnungs- und Städtebau“ (ExWoSt) des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) verwiesen (BBSR 2015a, b).

Zur Modellierung der Klimaanpassungstrategie im Sektor Siedlung und Verkehr werden folgende Maßnahmen miteinander kombiniert:

In der Klimaanpassungstrategie fällt die Reduzierung der Flächeninanspruchnahme geringer aus als in der Klimaschutzstrategie. Laut Modellrechnungen liegt der tägliche Zuwachs an Siedlungs- und Verkehrsfläche im Zeitraum 2026–2030 bei etwas unter 40 ha (vgl. Abb. 4.28). Der im Vergleich zur Referenzprojektion nur mäßige Rückgang der Flächenneuinanspruchnahme hängt vor allem mit dem höheren Bedarf an urbanen Grün- und Erholungsflächen zusammen sowie mit der gezielten Berücksichtigung von Grünflächen im Neubau und einer geringeren Ausnutzung von Innenentwicklungspotenzialen. Werden innerstädtische Brachflächen nicht für den Neubau, sondern als Grün- und Erholungsflächen genutzt, werden weitere Baugebiete am Siedlungsrand benötigt, was wiederum einen höheren Bedarf an Erschließungsstraßen und Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen nach sich zieht. Die Maßnahmen der Klimaanpassungstrategie führen zu einem weniger effizienten Siedlungsmuster als in der Klimaschutzstrategie, da sie den Siedlungsfreiraum höher gewichten.

In Abb. 4.29 wird deutlich, dass die Flächenneuinanspruchnahme in den Regionen hoch bleibt, die auch in der Referenzprojektion die stärksten Wachstumsregionen sind (Umland von München, Berlin und Hamburg, Emsland, nördliches Münsterland, Rheinland, Oberrhein, Großraum Stuttgart). In Regionen mit ohnehin geringen Zuwachsraten kann die Flächenneuinanspruchnahme dagegen weiter gesenkt werden (z. B. in Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen-Anhalt, dem südlichen Niedersachsen, sowie in Teilen von Hessen und Rheinland-Pfalz). Dafür sind vor allem die hohen Leerstandsraten verantwortlich, die im Rahmen der Strategie entweder stärker wiedergenutzt oder zurückgebaut werden.

Die Effekte der Klimaanpassungstrategie hinsichtlich der Verbesserung der thermischen Belastung lassen sich mit dem Indikator „Flächeninanspruchnahme in wärmebelasteten Gebieten“ messen. Der Indikator setzt sich aus mehreren gleichgewichteten Teilindikatoren zusammen, von denen einer die Versorgung neuer Siedlungsflächen mit erholungsrelevanten Freiflächen beschreibt (Abb. 4.29). Diese verbessert sich durch die eingeleiteten Maßnahmen mit wenigen Ausnahmen in den meisten Kreisen.

Mehrere Maßnahmen der Klimaanpassungstrategie beeinflussen nicht die Höhe der Flächeninanspruchnahme insgesamt, sondern führen zu einer Verlagerung der Siedlungsentwicklung, v. a. durch die Stärkung des Hochwasserschutzes und weitere Risikovorsorge. Während in der Referenzprojektion das Modell noch 20.000 ha versiegelungsrelevanter Siedlungs- und Verkehrsfläche in Bereichen verortet hat, die von extremen Hochwasserereignissen betroffen sein können, sind es in der Klimaanpassungstrategie 5000 ha weniger bei einer Flächenneuinanspruchnahme, die nur wenig geringer ist als in der Referenzprojektion. In Gebieten mit erhöhter Gefährdung von Hangrutschungen verteilt das Modell in der Referenzprojektion 10.000 ha versiegelungsrelevante Siedlungs- und Verkehrsfläche und in der Klimaanpassungsstrategie 6500 ha.

Die Wiedervernässung organischer Böden ist hinsichtlich der THG-Vermeidungsleistung als sehr flächen- und kosteneffizient zu bewerten. Durch den Wegfall der landwirtschaftlichen Nutzung auf den wiedervernässten Moorflächen entsteht in der Regel ein ökologischer Mehrwert für Natur und Umwelt, da beispielsweise Habitate für seltene Tier- und Pflanzenarten entstehen und sich die Nutzungsaufgabe positiv auf Gewässer- und Bodenschutz auswirkt. Allerdings ist die Umsetzung regional auf Standorte mit hohen Flächenanteilen landwirtschaftlich genutzter Moorböden begrenzt (z. B. in Norddeutschland) und bedeutet einen substantiellen Eingriff in das Bodeneigentum.

Die Erhebung einer Stickstoffabgabe auf den Verkaufspreis von mineralischem Stickstoff ist administrativ mit relativ geringerem Aufwand verbunden, da sie an wenigen zentralen Stellen des Handels erhoben werden könnte. Somit ist es ein Instrument, das verhältnismäßig einfach zu kontrollieren und umzusetzen ist. Allerdings muss die Abgabe zum einen hoch genug sein, um Wirksamkeit zu zeigen, und zum anderen sollte die Heterogenität der Betriebsausrichtungen berücksichtigt werden. Betriebe, welche durch Tierhaltung Zugriff auf Wirtschaftsdünger haben, setzen im Vergleich zu reinen Ackerbaubetrieben weniger mineralischen Stickstoffdünger ein. Eine Abgabe auf mineralischen Stickstoffdünger würde die Nutzung von Wirtschaftsdünger in Ackerbaubetrieben/-regionen attraktiver machen.

Bei der Förderung der Energiemaisproduktion steht der hohen Flächeneffizienz eine starke Erhöhung der N-Bilanz als negative Umweltwirkung gegenüber. Des Weiteren müssen die Erhöhung des Erosionspotenzials sowie der zu erwartende Rückgang der Agrarbiodiversität beachtet werden. Außerdem sind bei unverändertem Verbrauch von Nahrungsmitteln die Emissionen durch indirekte Landnutzungsänderungen zu berücksichtigen. Neben den vergleichsweise hohen Vermeidungskosten in Höhe von rund 200 €/ t CO₂-Äqu., die auch von anderen Studien bestätigt werden (u. a. WBA 2011) sind zur Bewertung der Förderung der Energiemaisproduktion die weiteren Umweltkosten einzubeziehen.

Der Anbau von Paludikulturen stellt eine Option der Biomasseproduktion für eine energetische Nutzung auf wiedervernässten organischen Böden dar. Die Kombination von Wiedervernässung und Paludikulturen führt zu einer Extensivierung der Produktion und stellt besondere Flora- und Faunahabitate bereit und leistet neben der THG-Emissionsminderung positive Beiträge zum Natur- und Umweltschutz. Die Maßnahme ist nur auf organischen Böden umsetzbar, sodass ihre Potenziale regional begrenzt sind. Nur durch die Vermeidungswirkung der Wiedervernässung organischer Böden als Voraussetzung zur Paludiproduktion erfährt die Maßnahme ein hohe Wirksamkeit und Effizienz. Die Paludikulturproduktion als separate Maßnahme wäre aufgrund der geringen Mitigationswirkung durch Substitution fossiler Energie nicht effizient.

Die obligatorische Flächenstilllegung ist mit einer deutlichen Einschränkung der landwirtschaftlichen Produktion und einem Rückgang des Einkommens verbunden. Die zu berücksichtigenden iLUC-Effekte reduzieren die Effektivität und Effizienz dieser Maßnahme. Allerdings sind positive Umweltwirkungen wie die Reduzierung der Produktionsintensität und Erhöhung der Biodiversität der Agrarlandschaft zu erwarten.

Die Aufforstung in Höhe von 10 % der Waldfläche auf landwirtschaftlicher Nutzfläche führt zur regionalen Reduzierung der landwirtschaftlichen Produktion und zu einem verminderten Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln. Wie bei der Förderung der Paludiproduktion können positive Umweltwirkungen auf die Biodiversität erwartet werden.

Die Klimaschutzstrategie folgt mit der Kombination von Instrumenten einer klimapolitischen Ausrichtung und berücksichtigt die kosteneffizienten Maßnahmen Wiedervernässung, angepasstes Düngemanagement und Aufforstung (vgl. Tab. 4.15). Hinsichtlich der Aufforstung wird ein Zuwachs der Waldfläche um 10 % (1,08 Mio. ha) unterstellt, die zur Hälfte auf landwirtschaftlich genutzten Flächen (LF) erfolgt und die andere Hälfte auf nicht von landwirtschaftlichen Betrieben bewirtschafteter Landwirtschaftsfläche. Trotz der im Vergleich zur Referenzprojektion geringeren Flächeninanspruchnahme durch Siedlung und Verkehr (vgl. Tab. 4.8), steht der Landwirtschaft wegen der unterstellten Aufforstung eine um 3,1 % geringere Produktionsfläche zur Verfügung. Die Wiedervernässung ist auf maximal 30 % der Moorfläche begrenzt. Mit einer Abgabe auf Mineralstickstoffdünger in Höhe von 40 % berücksichtigt die Strategie „Klimaschutz“ ein marktbasiertes Instrument der Umweltpolitik.

Die Bioenergiestrategie setzt den Schwerpunkt auf THG-Emissionsvermeidung durch die Substitution fossiler Energieträger durch Bioenergie und enthält die Einzelmaßnahmen „Energiemaisanbau für die Biogasproduktion“ sowie den „Anbau von Paludikulturen auf wiedervernässten Moorflächen“ (vgl. Tab. 4.15). Durch die Siedlungs- und Verkehrspolitik wird weniger landwirtschaftliche Nutzfläche umgewandelt als in der Referenzprojektion. Der verringerte Flächenverlust durch die Siedlungs- und Verkehrspolitik bedeutet eine geringere Reduzierung der Grünlandfläche und kann daher auch als eine Erhaltung des Grünlands interpretiert werden (vgl. Abschn. 4.5.2). Ebenso bleiben Ackerflächen durch die Nichtumwandlung erhalten. Dadurch steht für eine gesteigerte Produktion von Biomasse zur energetischen Verwendung mehr Ackerfläche bereit als in der Referenzprojektion. Die landwirtschaftlichen Produktionsaktivitäten werden um die Produktion von extensiven Paludikulturen auf An- und Niedermoorstandorten ergänzt.

Die Natur- und Umweltschutzstrategie setzt den Schwerpunkt auf THG-Emissionsvermeidung durch Maßnahmen mit weiteren positiven Wirkungen auf Natur und Umwelt. Durch eine entsprechende Siedlungs- und Verkehrspolitik wird in der Natur- und Umweltschutzstrategie wie in der Bioenergiestrategie weniger landwirtschaftliche Nutzfläche umgewandelt als in der Referenzprojektion. Dadurch bleibt mehr Fläche in landwirtschaftlicher Produktion. Verglichen mit der Nutzung von Siedlungs- und Verkehrsflächen hat die landwirtschaftliche Nutzfläche einen ökologisch höheren Wert. Der verringerte Flächenverlust durch Siedlung und Verkehr bedeutet einen geringeren Rückgang der Grünlandfläche und kann daher auch als eine Erhaltung des Grünlands interpretiert werden (vgl. Abschn. 4.5.2).

Wie in der Klimaschutzstrategie wird das Instrument der THG-Vermeidungszahlungen auf die vermiedenen THG-Emissionen aus wiedervernässten Moorböden (maximal 30 % der Moorfläche) angewendet. Die Stilllegungsfläche wird als verpflichtende ökologische Vorrangfläche für 10 % der LF vorgeschrieben und kann sich auf Acker- und/oder auf Grünlandfläche beziehen. Dadurch wird bei der Modellierung eine größere Flexibilität angenommen, als es für die Implementierung der ökologischen Vorrangflächen im Rahmen der GAP der Fall ist, wo 5 % der Ackerfläche gemeldet werden müssen.

In Rahmen der Strategien „Klimaschutz“, „Bioenergie“, „Natur- und Umweltschutz“ sowie „Klimaanpassung“ werden unterschiedliche Ziele der Waldnutzung untersucht. Um diese Ziele zu erreichen, wurden die in Abschn. 3.​3 beschriebenen waldbaulichen Maßnahmen jeweils unterschiedlich ausgestaltet und aufeinander abgestimmt. Einen Überblick über die resultierenden waldbaulichen Bewirtschaftungsregime in den betrachteten Strategien vermittelt Tab. 4.21. Diese Bewirtschaftungsregime stellen bundesweit einheitliche Änderungen der Waldbewirtschaftung gegenüber der Referenzprojektion dar. Die Waldbewirtschaftung erfolgt in der Referenzprojektion betriebsspezifisch und regional unterschiedlich. Während für die Nutzung des Privatwaldes betriebsspezifische Prioritäten im Vordergrund stehen, gelten für die Bewirtschaftung des Staatswaldes in den Bundesländern jeweils Richtlinien (WBRL), die in WEHAM berücksichtigt sind.

In der Klimaschutzstrategie besteht das Ziel, den Holzvorrat im Wald zu erhöhen. Dazu wird die Endnutzungsmenge gegenüber der Bewirtschaftung in der Referenzprojektion um 2,5 % verringert und der Endnutzungszeitraum um fünf Jahre verlängert. Eichen und Buchen werden bei einer vergleichsweise geringen Durchforstungshäufigkeit von zehn Jahren zu 15 % durch Douglasien ersetzt. Zusätzlich wurde in der Klimaschutzstrategie untersucht, wie die Maßnahme „Erstaufforstung“ wirkt. Konkret wurde eine Ausdehnung der Waldfläche um 10 % unterstellt (vgl. Tab. 4.21), auf deren Auswirkungen in Abschn. 4.6.2.2 eingegangen wird. Entsprechend der Maßnahmenvorgaben der Klimaschutzstrategie wurde diese Aufforstung zu 100 % mit Douglasie durchgeführt.

Bei der Bioenergiestrategie hat eine hohe Biomasseproduktion Priorität, um möglichst viel Energieholz bereitzustellen. Das soll durch eine hohe Endnutzungsmenge, stark verkürzte Endnutzungszeiträume und niedrige Umtriebszeiten bei reduzierter Zielstärke erreicht werden. Es wird auf zuwachsstarke Baumarten wie die Douglasie gesetzt, die geerntete Eichen und Kiefern zu 30 % ersetzen soll.

Das leitende Prinzip der Natur- und Umweltschutzstrategie ist der Aufbau hoher Vorräte im Bestand. Dazu werden hohe Umtriebszeiten bzw. Zielstärken avisiert, was mit einer vergleichsweise niedrigen Holznutzung einhergeht. Die Baumartenwahl orientiert sich an der in Deutschland aktuellen potenziellen natürlichen Vegetation und an hohen Laubholzanteilen, insbesondere der Buche. Zusätzlich wurde eine Flächenstilllegung von 10 % der heutigen Waldfläche unterstellt.

In der Klimaanpassungsstrategie gilt es, klimabedingte Risiken zu vermeiden. Die Bestände sollen durch erhöhte Buchenanteile stabilisiert werden, die als Laubbäume weniger anfällig bei Herbststürmen sind und sich aufgrund geringerer Transpiration im Winterhalbjahr positiv auf die Grundwasserneubildung auswirken. Da mit zunehmendem Alter und Größe das klimabedingte Kalamitätsrisiko steigt, liegt der Fokus der Waldbewirtschaftung in der Klimaanpassungsstrategie auf kürzeren Nutzungszeitraumen, d. h. einer geringeren Zielstärke, höheren Endnutzungsmenge und verkürzten Endnutzungszeiträumen.

Die Bewirtschaftungsmaßnahmen ergaben deutlich unterschiedliche Baumartenanteile in den Strategien (vgl. Tab. 4.22). Während die Baumartenanteile in der Klimaschutzstrategie im Vergleich zu 2015 nur geringfügige Unterschiede aufweisen, führten die Bewirtschaftungsmaßnahmen in den drei anderen Strategien teilweise zu erheblichen Verschiebungen einzelner Baumartenanteile. Bei einer Umsetzung der Bioenergiestrategie wäre im Jahr 2055 mehr als jeder fünfte Baum eine Douglasie, die vor allem Kiefern, aber auch Eichen substituiert. In der Natur- und Umweltschutzstrategie und auch der Klimaanpassungsstrategie stellt sich der beabsichtigt hohe Laubbaumanteil ein. Dieser ist bei der Klimaanpassungsstrategie aufgrund der kürzeren Umtriebszeit, die einen früheren Baumartenwechsel ermöglicht, am höchsten.

Die Auswirkungen der untersuchten Strategien auf den Holzeinschlag, die finanziellen Konsequenzen für Forstbetriebe sowie die Kohlenstoffsequestrierung sind in Tab. 4.23 dargestellt. Die Auswirkungen weisen bei den Bewirtschaftungsregimen im zeitlichen Verlauf unterschiedliche Dynamiken auf. Um eine Vergleichbarkeit der Strategien herzustellen, werden die über den gesamten Betrachtungszeitraum von 2015 bis 2055 gemittelten durchschnittlich zu erwartenden jährlichen Effekte, jeweils für die beiden unterstellten Klimaszenarien, dargestellt. Trotz der Durchschnittsbildung über 40 Jahre wirken sich manche Effekte, auf die in den nachfolgenden Erläuterungen der Ergebnisse eingegangen wird, auch über den Betrachtungszeitraum hinaus aus.

Die mittleren jährlichen Holzeinschläge weisen in den vier Strategien ein ähnliches Niveau auf. Die Klimaschutzstrategie erzielt im Szenario „0K“ mit jährlich 8,5 Efm/ha den höchsten durchschnittlichen Einschlag, gefolgt von der Bioenergie- bzw. Klimaanpassungsstrategie, in denen etwas geringere Holzeinschläge realisiert werden. Die maßnahmebedingt niedrigsten Holzeinschläge in Höhe von 8 Efm/ha und Jahr sind in der Natur- und Umweltschutzstrategie zu verzeichnen. Somit zeigen die Bewirtschaftungsstrategien in Bezug auf den Holzeinschlag Unterschiede von bis zu 10 %. In allen Strategien führt eine Temperaturerhöhung wie im Szenario „RCP 8.5“ zu einem verringerten Holzeinschlag. Dieser Rückgang beträgt je nach Strategie 3 bis 5 %.

Betrachtet man die Entwicklung der Holzeinschläge über den Betrachtungszeitraum, so zeigen sich weitere Unterschiede zwischen den Strategien. In Abb. 4.41 lassen sich zum einen die unterschiedlichen Endnutzungsrhythmen von fünf bzw. zehn Jahren erkennen. Auffällig sind aber v. a. die sehr hohen Holzeinschläge im ersten 5-Jahres-Zeitraum (2015–2019) der Bioenergie- sowie der Klimaanpassungsstrategie. Der Hauptgrund dafür sind die gegenüber dem Basisjahr 2015 bzw. der Referenzprojektion deutlich reduzierten Zielstärken, sodass durch den Bewirtschaftungswechsel viele der unter derzeitigen Bewirtschaftungszielen noch nicht hiebreifen Bäume eingeschlagen werden. Beispielsweise werden in der Bioenergiestrategie im zweiten 5-Jahres-Zeitraum (2020–2024) über 2 Mio. ha wieder aufgeforstet. Dies bewirkt in der Folge hohe Wiederbegründungskosten sowie niedrigere Zuwächse, deren Auswirkungen auf Holznutzung, finanzielle Erträge wie auch Kohlenstoffspeicherung während des Betrachtungszeitraumes nicht voll kompensiert werden.

Ab dem zweiten 5-Jahres-Zeitraum ist zu erkennen, dass in der Klimaschutz- sowie der Natur- und Umweltschutzstrategie mehr Holz eingeschlagen wird als in der Bioenergie- bzw. Klimaanpassungsstrategie. Das liegt vor allem an den hohen Einschlägen im ersten 5-Jahres-Zeitraum in der Bioenergie- bzw. Klimaanpassungsstrategie. Die dadurch entstehenden umfangreichen Wiederaufforstungsflächen produzieren in den Folgeperioden weniger erntereifes Holz. Auch der in der Bioenergiestrategie avisierte Wechsel zu ertragsstärkeren Baumarten kann dies innerhalb des Betrachtungszeitraums von 40 Jahren nicht kompensieren, da die Bäume das Erntealter innerhalb dieses Zeitraums trotz reduzierter Zielstärken nicht erreichen werden.

Grundsätzlich befinden sich die deutschen Wälder derzeit noch in einer Aufbauphase. Insofern verursachen die in der Klimaschutz- sowie Natur- und Umweltschutzstrategie festgelegten vergleichsweise gemäßigten Holznutzungen keine Diskontinuitäten innerhalb des Betrachtungszeitraums von 2015–2055. Des Weiteren sind in der Bioenergie- und Klimaanpassungsstrategie die fünfjährigen Durchforstungsintervalle zu erkennen, die nach den Einstellungen des Waldwachstumssimulators SILVA auf eine Periode mit etwas niedrigeren Einschlägen immer eine Periode mit etwas höheren Einschlägen folgen lässt.

Die finanziellen Auswirkungen auf die forstwirtschaftlichen Betriebe stellen sich gemessen am mittleren jährlichen Deckungsbeitrag im Betrachtungszeitraum in der Klimaschutzstrategie am vorzüglichsten dar und liegen bei rund 289 € je ha und Jahr, gefolgt von der Bioenergiestrategie (vgl. Tab. 4.23). Die Deckungsbeiträge bei der Natur- und Umweltschutz- sowie Klimaanpassungsstrategie fallen gegenüber der Klimaschutzstrategie um 13 bzw. 18 % geringer aus. Die niedrigen gesamtbetrieblichen Deckungsbeiträge ergeben sich aus den baumartspezifisch unterschiedlichen Kosten und Erlösen (vgl. Tab. 4.20) und den jeweiligen Anteilen der Baumarten. So sind die Natur- und Umweltschutz- sowie die Klimaanpassungsstrategie durch einen hohen Anteil an Buchen gekennzeichnet, deren Deckungsbeitrag im Vergleich zu Fichten niedriger ist (vgl. Tab. 4.23).

Die durchschnittlichen Deckungsbeiträge entwickeln sich bei den Strategien im Betrachtungszeitraum sehr unterschiedlich. Während sie in der Klimaschutz- sowie Natur- und Umweltschutzstrategie nahezu kontinuierlich steigen, führen die hohen Holzeinschläge in der ersten 5-Jahres-Periode der Bioenergie- und Klimaanpassungsstrategie zu hohen Deckungsbeiträgen (vgl. Abb. 4.42). Diese gehen jedoch in der zweiten 5-Jahres-Periode vorübergehend auf 150 bzw. 62 €/ha zurück, vor allem aufgrund der umfangreichen Wiederaufforstungsflächen, die hohe Bestandesbegründungskosten verursachen. Diese sind in der Klimaanpassungsstrategie trotz der etwas kleineren Wiederaufforstungsfläche von 1,8 Mio. ha gegenüber ca. 2 Mio. ha in der Bioenergiestrategie höher, weil die Erhöhung des Buchenanteils in der Klimaanpassungsstrategie sowohl bei Baumartenwechsel als auch bei Baumartenerhalt höhere Kulturkosten bedingt (vgl. dazu Tab. 4.20).

Ab der zweiten 5-Jahres-Periode werden durchgehend bis zum Jahr 2055 in der Klimaschutzstrategie die höchsten Deckungsbeiträge erzielt. Das liegt vor allem an den vergleichsweise geringen Anfangseinschlägen und Umbaukosten, wodurch konstant hohe Einschläge erzielt werden können. Mit einem moderaten Umbau hin zur Douglasie und den nicht veränderten Zielstärken profitieren die Forstbetriebe in dieser Strategie deutlich von den sich derzeit im Wuchsoptimum befindlichen Fichtenbeständen der Nachkriegsaufforstungen, die innerhalb des Betrachtungszeitraums die Hiebsreife erreichen. Dagegen erreichen die Bestände in der Natur- und Umweltschutzstrategie aufgrund der um 5 cm erhöhten Zielstärken den angestrebten Zieldurchmesser nur teilweise im Betrachtungszeitraum. Die Berücksichtigung einer Klimaerwärmung führt zu keinen strukturellen Änderungen der Ergebnisse. Die Deckungsbeiträge liegen beim RCP 8.5-Szenario durchgehend etwas niedriger als beim 0K-Szenario.

Die Berechnung der durchschnittlichen jährlichen Kohlenstoffsenken- und -substitutionsleistung 2015–2055 (vgl. Tab. 4.24 sowie Abb. 4.43) ist mit dem von Schweinle et al. (2018) beschriebenen Modell durchgeführt worden. Es sei daran erinnert, dass der bis 2015 aufgebaute Kohlenstoffspeicher in keinem der Speicherkompartimente außer der lebenden Baumbiomasse berücksichtigt wurde, um so eine bessere Vergleichbarkeit der Strategien zu gewährleisten. Die Abb. 4.43 zeigt, dass die durchschnittliche jährliche Senken- und Substitutionsleistung in den Strategien „Klimaschutz“ sowie „Natur- und Umweltschutz“ am höchsten, in den Strategien „Klimaanpassung“ und „Bioenergie“ dagegen am geringsten ist. Auf die einzelnen Kompartimente entfallen dabei sehr unterschiedliche Anteile.