Integrative Data-Envelopment Effizienzanalyse (IDEA) von

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1 Integrative Data-Envelopment Effizienzanalyse (IDEA) von Pflanzenproduktionssystemen im Marchfeld Christine Heumesser Erwin Schmid Institut für nachhaltige Wirtschaftsentwicklung Universität für Bodenkultur, Wien 19 ÖGA Jahrestagung 19. ÖGA-Jahrestagung Innsbruck

2 Motivation Ziel ist es ein Effizienzmaß für alternative Bewirtschaftungssysteme im Marchfeld, unter Berücksichtigung positiver und negativer Externalitäten und veränderter klimatischer Bedingungen zu ermitteln.

3 Methode (1) Data Envelopment Analyse DEA ist ein nichtparametrischer Ansatz zur Effizienzanalyse zwischen vergleichbaren Einheiten (Decision Making Units, DMU) anhand von linearer Programmierung. Keine Annahmen über den funktionalen Zusammenhang zwischen den Input und Output Faktoren notwendig Effizienz bezeichnet das optimale Verhältnis zwischen Inputs und Outputs ( best-practice DMUs) Effizienz der verbleibenden DMUs wird relativ zu den best-practice DMUs gemessen ( efficiency frontier )

4 Methode (2) Data Envelopment Analyse Relative Effizienz: DMU ist dann effizient, auf der Basis gegebener Beobachtungen, wenn die Leistung anderer DMUs zeigt dass kein Input oder Output verbessert werden kann ohne einen andere zu verschlechtern. Effizienzkonzepte: o Ökonomische Effizienz (Technische Effizienz und Allokative Effizienz) o Skaleneffizienz Erweiterungen: o kategorische Variablen (Standort, Qualität des Bodens, Hangneigung ) o Negative Externalitäten (Ansatz von Chung, Färe und Grosskopf 1997)

5 Methode (3) Data Envelopment Analyse Chung, Färe und Grosskopf, 1997

6 Daten (1) - Marchfeld Biophysikalisches Prozesssimulationsmodell EPIC (Environment Policy Integrated Climate) Inputs: (i) Topographie (ii) Boden (iii) Landnutzung & Bewirtschaftung (iv) Klima Outputs: Getreide- und Stroherträge, Bodenkohlenstoffvorrat, Gesamtstickstoffemission, Bodenerosion

7 Daten (2) -- Marchfeld 6 Kulturen: Mais, Winterweizen, Sonnenblume, Zuckerrübe, Felderbse und Sommergerste 2 Fruchtfolgen über 30 Jahre mit EPIC simuliert 36 Bewirtschaftungssysteme t (DMUs): o 3 Bodenbearbeitungssysteme (konventionell, minimal und reduziert ) o Mit/ohne Bewässerung o Mit/ohne Strohernte o Stickstoffdüngung: standard; hoch (+20%), niedrig (-20%) 5 Bodencluster 31 Wetterszenarien o 1 historisches WSZ: beobachtete Daten 1975 und 2007; o 30 zukünftige WSZ: stochastisch

8 Forschungsfragen Welche Bewirtschaftungssysteme sind technisch effizient (physisch vs. monetär)? Welche Getreidesorten sind in technisch effizienten Produktionssystemen eingebunden? Wie verändern sich die Effizienzrankings bei veränderten Klimabedingungen?

9 Modelspezifizierungen IDEA historische Periode (physisch) Input: N-Düngung, Bewässerung; Positiver Output: Trockenmasseertrag, Strohertrag, Bodenkohlenstoff Negativer Ouptut: Gesamtstickstoffemissionen, Bodenerosion IDEA historische Periode (monetär) Input: Variable Kosten, Arbeitskosten, Düngung- und Bewässerungskosten, Kosten für die Strohernte Positiver Output: Erlös aus Getreide und Stroherträgen Negative Outputs: t Gesamtstickstoffemissionen, ti t i i Bodenerosion IDEA simulierte Periode (physisch)

10 Resultate (1) historische Periode (physische Auswertung) In der technisch effizienten Klasse sind Bewirtschaftungssystem mit folgenden Kriterien zu finden: o 68% mit Strohabfuhr o 80% mit Bewässerung o 40% mit niedriger Düngungsmenge, 33% mit hoher Düngung, 27% mit moderaten Düngung In der niedrigsten Effizienzklasse (Outputsteigerung > 60% möglich) dominieren System ohne Strohabfuhr, ohne zusätzlicher Bewässerung und Systeme mit hohen Düngungsmengen

11 Resultate (3) historische Periode (physische Auswertung) Anteil der Getreidekulturen in der technisch effizienten Klasse 40% 35% 35% 32% 31% 30% Zuckerrübe 29% 28% 27% 27% 27% 25% 22% 22% 21% 20% 19% 19% 16% 16% 16% 15% 13% 12% 12% 10% 10% 10% 9% 27% Felderbse Winterweizen1 Winterweizen2 Mais Frühlingsgerste 5% 4% 3% 2% 1% 4% 2% 2% 0% Boden 1 Boden 2 Boden 3 Boden 4 Boden 5

12 Resultate (4) historische Periode (physische Auswertung) Anteil der Getreidekulturen in der ineffizientesten Klasse (Outputsteigerung > 60%) Boden 1 Boden 2 Boden 3 Boden 4 Boden 5 Sonnenblume Frühlingsgerste Mais Winterweizen1 Winterweizen2

13 Resultate (5) simulierte Periode Verteilung der Effizienzwerte getrennt nach Bodencluster Bodentextur Mittelwert Std Min p50 Max Boden Boden Boden Boden Boden Historische Periode

14 Resultate (6) simulierte Periode In der effizientesten Klasse sind Bewirtschaftungssystem mit folgenden Kriterien zu finden: o Bewirtschaftungssysteme mit Strohabfuhr, mit Bewässerung und mit niedriger Düngung In der Klasse der ineffizienten Systeme dominieren Systeme ohne Strohabfuhr und ohne zusätzliche Bewässerung und hohen Düngungsmengen. Welche Getreidesorten sind vorhanden? o Höchsten Klasse: Felderbse und Zuckerrübe o Niedrigsten Klasse: Sonnenblume und Sommergerste

15 Resultate(7) historische Periode monetäre Auswertung In der effizientesten Klasse sind Bewirtschaftungssystem mit folgenden Kriterien zu finden: o Düngungsmengen: niedrig 40%, hoch 35% und Standard 25% o Strohabfuhr: 52% ohne Strohabfuhr o Bewässerung: 51% mit Bewässerung Welche Bewirtschaftungssystem sind in der ineffizientesten Klasse enthalten? o Düngungsmenge: hoch 51%, Standard 33%, niedrig 16% o Strohabfuhr: ohne Strohabfuhr 57% o Bewässerung: ohne Bewässerung 53%

16 Resultate (8) historische Periode monetäre Auswertung Welche Getreidekulturen sind in den technisch effizienten Klasse enthalten? o Zuckerrübe 56%, Felderbse 34%, Sonnenblume und Sommergerste 1%, Winterweizen und Mais 4% In der ineffizientesten Klasse: o Sommergerste 69%, Mais 29%, Sonnenblume 2%

17 Konklusion Der Anteil von Bewirtschaftungssysteme mit Strohabfuhr, mit Bewässerung, und niedriger Düngungsmenge dominiert in der technisch effizienten Klasse. Das gilt für alle Auswertung: historischen Periode (physische und monetäre Auswertung), auch in der simulierten Periode. In der technisch effizienten Klasse sind vorwiegend die Kulturen Felderbse und Zuckerrübe enthalten. In der ineffizienten Klasse sind vorwiegend Systeme ohne Strohabfuhr, mit ohne Bewässerung und hoher Düngungsmengen enthalten ohne Bewässerung und hoher Düngungsmengen enthalten. In der ineffizienten Klasse sind vorwiegend die Kulturen Sonnenblume und Sommergerste enthalten.

18 Ausblick Detailliertere Auswertung Integration der allokativen Effizienz und Skaleneffizienz Malmquist Index Literatur: Chung, Y.H., Färe, R. and Grosskopf, S. (1997). Productivity and undesirable outputs: A Di ti l Di t F ti A h J l f E i t l M t Directional Distance Function Approach. Journal of Environmental Management 51, Coelli, T., Rao, P. and Battsee, G. (2000). Introduction to Efficiency and Productivity Analysis. Boston, Dordrecht, London: Kluwer Academic Publishers. 4th printing

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit