copyrightBahrs, EnnoKiefer, Anna2024-11-282024https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/16896https://doi.org/10.60848/11846The conservation and use of permanent grassland involves a multitude of socially relevant ecosystem services (ESS), including products, resources, and the environment. Nevertheless, the economic value of grassland is frequently less than that of arable land. This is due to a number of factors, including lower yields, lower market prices, more extensive forms of use, and less flexibility. New strategies are therefore required to enhance the value of grassland and to encourage its protection, restoration, and sustainable use. The objective of this study is to develop novel concepts for the enhancement of grassland value and to assess their economic viability. This study examines the potential for enhancing the added value of grassland-based production systems, including the integration of exemplary innovative digital concepts, to ensure the sustainable agricultural use of grassland. Furthermore, it is pertinent to inquire whether the integration of digital technologies in grassland management can provide economic incentives for farms to transition towards pasture-based milk and beef production. A variety of scenarios were developed and analyzed, comprising real and model farms in four regions of Germany (the southern Black Forest, Brandenburg, the Wesermarsch district, and southern Lower Saxony). The scenarios presented encompass a comprehensive range of production strategies and measures. Methodologically, cost-benefit analyses (CBA) were conducted, which were then supplemented by sensitivity analyses. The CBA was selected as the most appropriate methodology for this study because it addresses not only purely cash-effective measures, but also the overall impact on society, including external effects. The optimization of value chains for the production of pasture-based products represents a central objective in this study, with the aim of valorizing grassland. Chapter 2 thus analyzes and further develops the entire value chain of organic pasture-based beef. The value chain encompasses elements of nature conservation-oriented grassland management, regional cattle farming with partially endangered cattle breeds, and meat marketing at the store counter via food retailers. The findings of Chapter 2 are integrated into Chapter 3, which assesses the extent to which cooperative and synergistic linkages between mountainous grassland farmers and valley arable farmers are economically and ecologically advantageous in comparison to existed value chains. Furthermore, it is determined whether they contribute to the promotion of the circular economy and nature conservation. The sustainable practices described in Chapters 2 and 3 can be further strengthened by the digital transformation currently taking place in agriculture. Chapter 4 therefore examines the opportunities and risks of exemplary digitalization on full-time and part-time farms. The results are incorporated into Chapter 5, which analyzes the economic effects of using three innovative technologies (a herbometer/grasshopper (Rising Plate Meter), a UAV with an RGB camera and Structure from Motion (SfM) process, and an UAV with a LiDAR sensor) for precise yield estimation in grassland. The optimal utilization of resources is similarly of great importance for the health of animals. This can be supported by digital animal health monitoring. Chapter 6 then proceeds to examine the extent to which the use of sensors offers farmers the opportunity to detect potential health problems in their animals, such as lameness, at an early stage. This, it is argued, will both reduce treatment costs and increase livestock yields. In the context of pasture management, the efficient use of resources implies an adjustment of livestock density in accordance with the availability and quality of feed. This is typically achieved by intricate and labor-intensive fencing and rotational management, wherein the animals are consistently provided with fresh, energy-rich grass. The virtual fencing system (VF system) enables a reduction in the workload by simplifying the allocation of areas. Chapter 7 presents an economic analysis of the application of this new digital technology in order to identify and evaluate the key influencing factors that can facilitate or impede the introduction of VF systems in different grazing systems. The present work demonstrates that the socially relevant, higher economic and ecological valorization of grassland can be achieved through a combination of sensible resource allocation within the framework of cooperation in agriculture, the use of digital technologies, and constructive marketing to consumers. This enhances the appeal of grassland management for the relevant stakeholders. Nevertheless, the current state of the art indicates that the use of digital technologies is more likely to provide an incentive to expand existing pasture-based production systems than to switch from stable to pasture farming. Consequently, the proportion of feed obtained from pasture represents a pivotal factor in the profitability of investing in such technologies. The findings indicate that the implementation of digital technologies necessitates a reorientation of pasture management practices. Nevertheless, the actual economic benefit of digital technologies is challenging to quantify in practice, particularly when different technologies are employed in conjunction. It is important to note that the evaluation and use of different types of agricultural and environmental data from non-uniform sources with divergent formats and time intervals must be considered. The findings of the present study indicate that the current actual contributions of grassland to society extend far beyond the direct economic returns. The integration of ESS into a holistic grassland valuation concept demonstrates that grassland plays an important role that is often underestimated in cash-only approaches. The findings of the study also indicate that although grassland use is crucial for biodiversity conservation, it frequently gives rise to conflicts between agriculture and nature conservation in practice. Such conflicts can be mitigated by implementing the VF system, which enables the specific protection of areas vulnerable to nature conservation, such as rare plant species susceptible to trampling or bird nests. The creation of incentive programs and support systems for sustainable grassland management, the promotion of additional research and innovation in this area, and the amendment of the legal framework for the implementation of the concepts proposed in this study at the national level can be cited as key recommendations for action based on the individual research results. Moreover, there is a continued necessity for the development and implementation of economic valuation methodologies to more comprehensively capture the monetary and non-monetary values of grassland and its ESS than has been previously possible. The ongoing digitalization of agriculture offers the potential for the collection and analysis of data that are important for the economic valuation of ESS to be conducted in a more efficient manner. It is similarly vital to facilitate the transfer of knowledge between research institutions, farmers, politicians, authorities, and other stakeholders. This can be achieved by disseminating best practices and innovations in the field of grassland management. In this context, it is evident that an adaptation of the legal framework in Germany is necessary to enable a broader application of digital technologies in practice. This adaptation should encompass data protection guidelines, air traffic regulations for UAV flights, and the adaptation of the Animal Welfare Act for VF systems. To this end, the establishment of a central point of contact (e.g., in the form of an authority or an online platform) for approvals would be advisable in order to enhance the transparency, simplicity, and efficiency of the process of obtaining consent for the use of digital technologies (e.g., UAV recordings on specific areas or VF systems on farms). The valorization of grassland should not be solely dependent on public funds, which enhance the competitiveness of sustainable products and services. It is also essential to consider the role of consumers, as exemplified by the case of organic farming products. Furthermore, the establishment of monitoring and evaluation systems is crucial for the harmonization of support measures and market prices.Der Erhalt und die Nutzung von Dauergrünland stellt zahlreiche gesellschaftlich relevante Ökosystemdienstleistungen (ÖSDL) bereit, die u.a. Produkte, Ressourcen und Umwelt betreffen. Allerdings ist der betriebswirtschaftliche Wert von Grünland oft geringer als der von Ackerland, da Grünland eine geringere Ertragskraft, schlechtere Marktpreise, extensivere Nutzungsformen und weniger Flexibilität aufweist. Um den Wert von Grünland zu steigern und dessen Schutz, Wiederherstellung und nachhaltige Nutzung zu fördern, sind daher neue Strategien vonnöten. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, innovative Konzepte zur Inwertsetzung von Grünland zu entwickeln und deren ökonomische Sinnhaftigkeit zu evaluieren. Es wird untersucht, ob eine Verbesserung der Wertschöpfung grünlandbasierter Produktionssysteme, auch mit dem Einsatz exemplarischer innovativer digitaler Konzepte, eine nachhaltige landwirtschaftliche Nutzung von Grünland gewährleisten kann. Darüber hinaus steht die Frage im Raum, ob digitale Technologien im Grünland einen ökonomischen Anreiz für landwirtschaftliche Betriebe schaffen, auf eine weidebasierte Milch- und Rindfleischproduktion umzustellen. Insbesondere im Kontext virtueller Zäune wurden hierfür verschiedene Szenarien mit Real- und Modellbetrieben in vier Regionen Deutschlands (Südschwarzwald, Brandenburg, Landkreis Wesermarsch und Südniedersachsen) entwickelt und analysiert. Die dargestellten Szenarien umfassen ein breites Spektrum an Produktionsstrategien und Maßnahmen. Methodisch wurden Kosten-Nutzen-Analysen (KNA) durchgeführt, welche durch Sensitivitätsanalysen ergänzt wurden. Die Auswahl der KNA erfolgt in erster Linie, da diese nicht nur rein zahlungswirksame Maßnahmen, sondern auch die Gesamtauswirkungen auf die Gesellschaft einschließlich externer Effekte adressiert. Zentral für die Inwertsetzung von Grünland ist in der vorliegenden Arbeit die Optimierung von Wertschöpfungsketten für die Erstellung von weidebasierten Produkten. In Kapitel 2 erfolgt daher eine Analyse und Weiterentwicklung der gesamten Wertschöpfungskette von Bio-Weiderindfleisch. Die naturschutznahe Grünlandbewirtschaftung, regionale Rinderhaltungen mit teilweise gefährdeten Rinderrassen sowie die Fleischvermarktung an der Ladentheke über den Lebensmitteleinzelhandel stellen Elemente dieser Wertschöpfungskette dar. Die Ergebnisse aus Kapitel 2 fließen in Kapitel 3 ein, in dem eruiert wird, inwieweit kooperative, synergistische Verbindungen zwischen Bioberg- und Ackerbauern1 im Vergleich zu den üblichen Wertschöpfungsketten ökonomisch sowie ökologisch vorteilhaft sind. Des Weiteren wird eruiert, ob sie dazu beitragen, Kreislaufwirtschaft und Naturschutz zu fördern. Die in den Kapiteln 2 und 3 dargestellten nachhaltigen Praktiken können durch die gegenwärtig in der Landwirtschaft stattfindende digitale Transformation weiter verstärkt werden. In Kapitel 4 erfolgt daher eine Untersuchung der Chancen und Risiken exemplarischer Digitalisierungen in Voll- und Nebenerwerbsbetrieben. Die Ergebnisse fließen in Kapitel 5 ein, in welchem eine Analyse der betriebswirtschaftlichen Auswirkungen der Anwendung dreier innovativer Technologien (Herbometer/Grasshopper (Rising Plate Meter), einer Drohne mit RGB-Kamera und Structure from Motion (SfM)-Verfahren sowie einer Drohne mit einem LiDAR-Sensor) zur präzisen Ertragsschätzung im Grünland erfolgt. Eine optimale Ressourcennutzung ist auch für die Gesundheit der Tiere von großer Bedeutung. Diese kann durch eine digitale Tiergesundheitsüberwachung unterstützt werden. In Kapitel 6 wird daher dargelegt, inwiefern der Einsatz von Sensoren Landwirten die Möglichkeit bietet, potenzielle Gesundheitsprobleme ihrer Tiere, wie beispielsweise Lahmheiten, frühzeitig zu erkennen und dadurch sowohl die Behandlungskosten zu senken als auch den Ertrag der Tierhaltung zu steigern. Eine effiziente Ressourcennutzung im Rahmen des Weidemanagements impliziert eine Anpassung der Tierbestandsdichte an das Futterangebot und die Futterqualität. Dies erfolgt in der Regel mittels eines aufwendigen und arbeitsintensiven Zaun- und Umtriebsmanagements, bei dem den Tieren kontinuierlich frisches, energiereiches Gras zur Verfügung gestellt wird. Das Virtual Fencing System (VF-System) erlaubt eine Reduktion des Arbeitsaufwands durch eine vereinfachte Zuweisung der Flächen. In Kapitel 7 erfolgt eine ökonomische Analyse der Anwendung dieser neuen digitalen Technologie, um die maßgeblichen Einflussfaktoren zu ermitteln und zu bewerten, die sich förderlich oder hinderlich auf die Einführung von VF-Systemen in verschiedenen Weidesystemen auswirken können. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die gesellschaftlich relevante, höhere ökonomische und ökologische Inwertsetzung von Grünland durch ein Zusammenwirken von sinnvoller Ressourcenallokation im Rahmen von Kooperationen in der Landwirtschaft, dem Einsatz digitaler Technologien und einem konstruktiven Marketing gegenüber der Verbraucherschaft gelingen kann. Dies steigert die Attraktivität der Grünlandbewirtschaftung für die entsprechenden Nutzer. Beim derzeitigen Stand der Technik kann der Einsatz digitaler Technologien jedoch eher einen Anreiz zur Ausweitung bestehender weidebasierter Produktionssysteme als zur Umstellung von Stall- auf Weidehaltung bieten. Der Anteil des Futters, den ein Betrieb von der Weide bezieht, ist daher ein entscheidender Faktor für die Rentabilität der Investition in solche Technologien. Die erzielten Ergebnisse legen nahe, dass der Einsatz digitaler Technologien eine Anpassung des Weidemanagements erforderlich macht. Allerdings ist der tatsächliche ökonomische Nutzen digitaler Technologien in der Praxis insbesondere dann schwer kalkulierbar, wenn verschiedene Technologien miteinander kombiniert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass unterschiedliche Arten von Agrar- und Umweltdaten aus uneinheitlichen Quellen mit divergierenden Formaten und Zeitintervallen zu bewerten und für die Kalkulation zu nutzen sind. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen nahe, dass die gegenwärtigen tatsächlichen Beiträge des Grünlands für die Gesellschaft weit über die direkten betriebswirtschaftlichen Erträge hinausgehen. Die Integration von ÖSDL in ein holistisches Grünlandbewertungskonzept verdeutlicht, dass Grünland eine wichtige Rolle spielt, die bei ausschließlich zahlungswirksamen Betrachtungen oft unterbewertet wird. Die Ergebnisse der Studie legen auch nahe, dass die Grünlandnutzung zwar für den Erhalt der Biodiversität von Bedeutung ist, in der Praxis jedoch immer wieder zu Konflikten zwischen Landwirtschaft und Naturschutz führt. Derartige Konflikte können durch den Einsatz des VF- Systems reduziert werden, welches es ermöglicht, naturschutzfachlich sensible Bereiche, wie seltene, trittempfindliche Pflanzenarten oder Vogelnester, gezielt zu schützen. Als wesentliche Handlungsempfehlungen aus den einzelnen Forschungsergebnissen lassen sich die Schaffung von Anreizprogrammen und Unterstützungssystemen für eine nachhaltige Grünlandbewirtschaftung, die Förderung zusätzlicher Forschung und Innovation in diesem Bereich sowie die Änderung der rechtlichen Rahmenbedingungen für die Umsetzung der in der vorliegenden Arbeit vorgeschlagenen Konzepte auf nationaler Ebene nennen. Des Weiteren besteht weiterhin Bedarf an der Entwicklung und Anwendung von ökonomischen Bewertungsmethoden, um die Zusammenfassung monetären und nicht-monetären Werte von Grünland und seinen ÖSDL umfangreicher als bislang zu erfassen. Die fortschreitende Digitalisierung der Landwirtschaft eröffnet gänzlich neue Perspektiven in Bezug auf die Erfassung und Analyse von Daten, die für die ökonomische Bewertung von ÖSDL von Bedeutung sind. Außerdem ist es von Bedeutung, den Wissenstransfer zwischen Forschungseinrichtungen, Landwirten, Politik, Behörden und weiteren Interessengruppen zu fördern, um bewährte Praktiken und Innovationen im Bereich der Grünlandbewirtschaftung zu verbreiten. In diesem Kontext ist eine Anpassung der rechtlichen Rahmenbedingungen in Deutschland (z.B. Datenschutzrichtlinien, Luftverkehrsordnung für Drohnenflug, Anpassung des Tierschutzgesetzes für VF-System) erforderlich, um eine breitere Anwendung digitaler Technologien in der Praxis zu ermöglichen. Hierfür wäre die Einführung einer zentralen Anlaufstelle (beispielsweise in Form einer Behörde oder einer Online-Plattform) für die Genehmigungen empfehlenswert, um den Prozess der Einwilligung des Einsatzes digitaler Technologien (z.B. Drohnenaufnahmen auf den bestimmten Flächen oder VF-System auf den Praxisbetrieben) transparenter, einfacher und effizienter zu gestalten. Die Inwertsetzung des Grünlands sollte nicht allein über öffentliche Gelder erfolgen, die für sich daraus resultierende nachhaltige Produkte und Dienstleistungen wettbewerbsfähiger machen, sondern auch über den Verbraucher so wie es auch bei Produkten des ökologischen Landbaus der Fall ist. Darüber hinaus ist die Etablierung von Monitoring- und Evaluierungssystemen unerlässlich, um Fördermaßnahmen und Marktpreise damit in Abstimmung zu bringen.mulGrasslandPasture systemsValorizationDigital TechnologiesValue ChainsEconomyVirtual FenceInwertsetzungGrünlandWeidesystemeWertschöpfungsketten630DoctoralThesis