Virkesproduktion och miljö

• Del 1: Introduktion

• Del 2: Hartman modellen

• Del 3: Global uppvärmning

• Sammanfattning

Del 1: Introduktion• Avgränsing– Virkesproduktion och miljö i allmänna termer– Med virkesproduktion menar jag den hela

process från beståndsanläggning till slutaverkning

• Syftet: Skaffa en översiktlig bild av problematiken

Interaktioner mellan virkesproduktion och miljö

Miljö

Skogen

Virkesproduktion

Virkesproduktion och miljö

• Virkesproduktionen påverkas av miljö

– Försurning av skogsmarken minskar produktionsförmåga

– Klimatförändring ökar/minskar

produktionsförmåga

• Virkesproduktionen påverkar miljö: Virkesproduktionen medför en rad miljökostnader och vinster

Interactions between different uses of forest resources

Game population

Timber

production

Tourism

industry

etc.

Subsistence & recreational

hunting

Reindeer industry

Structure and composition of the forest landscape

Forestry practices Reindeer grazing

Forest amenities and recreational facilities

Biodiversity

Environmental

and biodiversity

aspirations

Skogsvårdslagen• Skogsskötsel ska bedrivas på ett sådant sätt

att virkesproduktion och miljöhänsyn har samma prioritet

• Två frågor: – Är det möjligt att uppnå maximal virkesavkastning

och maximala miljövinster samtidigt? – Hur ska virkesproduktionen bedrivas för att

maximera den sammanlagt värde av skogen?

Virkesavkastning och Miljö

Virkesavkastning

Miljökvalitet

Effektivitet: skogsbruket är Pareto effektivt om ingen av nyttigheterna kan ökas utan att någon annan nyttighet minskas

Avvägning: Hur mycket av en nyttighet ska man avstå för att ökar produktionen av någon annan nyttighet?

Två grundläggande strategier av mångbruk

• Integrerad skötsel – varje bestånd ska sötas för att erhålla den

optimal mix av olika nyttigheter

• Specialiserade skötsel – varje bestånd ska sötas för att maximera

värdet av en huvudnyttighet– olika bestånd har olika huvudnyttighet

Skogsvårdsstyrelsens gröna skogsbruksplan: 4 målklasser

• PG: Produktionsmål – generell naturhänsyn

• PF: Produktionsmål – förstärkt naturhänsyn

• NS: Naturvårdsmål –skötsel

• NO: Naturvårdsmål – orört

Virkesproduktionsåtgärder• Föryngring: föryngringsmetod, val av

trädslag, täthet

• Vård av ny skog

• Avverkning– var ska man avverka och hur mycket– när ska ett bestånd avverkas (omloppstid)– avverkningsmetod

Del 2: Hartman modell

Begränsningar av Hartman modell• svårt att mätta miljövinter vid olika ålder av

bestånd

• naturvärde av ett bestånd beror på tillstånden av andra (närliggande) bestånd– ekologiska interaktioner– marginell värde av nyttigheter icke konstant– (substitution, komplement)

• mångbruk problem bör analyseras på fastighets- eller landskapsnivå

Del 3: Virkesproduktion och global uppvärmning

Role of forests in carbon cycle

• Carbon storage: In 2005, the total amount of carbon in forests was estimated to be 638 Gt (billion ton).– Living biomass: 44% – Deadwood: 6%– Soil and litter: 50%

• Carbon sequestration: forest growth sequestrates about 2 Gt carbon annually

Source: FAO Global Forest Resource Assessment 2005

Impact of human activities on carbon storage sequestration in forests

• Afforestation and reforestation: leads expansion of forest area, increase carbon storage sequestration in forests

• Deforesttaion: reduce carbon storage sequestration in forests

• Forest protection against wildfire, pests, and various forms deforestation:

• Silvicuture: typically increase carbon storage sequestration in forests

• Timber harvest and utilization– About 3 billion m3 per year (corresponding to 2.1 Gt carbon removed from the forests). – Reduce carbon storage in forests– Reduce carbon sequestration in the short-run, but may increase carbon sequestration in the

long-run

Source: FAO Global Forest Resource Assessment 2005

Source: FAO Global FRA 2005.

“Forest carbon” balance• Change in carbon storage in forests = carbon sequestration – harvest –

deforestation (incl. emission through burning of forests)

• Carbon sequestration = F(carbon storage in forests)

• Carbon in harvested biomass

• Carbon storage in HWP in 2002 (Perez-Garcia, et al. 2006) – 4.5 Gt C in HWP products in use, increases by 1.2% per year– 3.4 Gt C in HWP products in landfills, increases by 2.4% per year

• Harvested biomass substitutes other materials (fossil fuel, steel, concrete etc)

carbon storage in HWP

emission to atmosphere

Strategy to enhance the role of forestsin climate change mitigation

• Increase carbon storage in forests

• Increase carbon storage in HWP

• Increase the substitution effect

• Require optimal balance between the growing stock in forests and harvest of biomass

Policy Issue

• Faustmann rotation (free market solution) usually is shorter thna the Maximum Sustained Yield rotation

• Increase rotation age would increase carbon storage in forests and timber harvest in the long-run

• How to motivate forest owners to harvest at longer rotations?– What is the socially optimal roattion age?– What is the optimal design of policy?

Socially Optimal Rotation Age

C = regeneration cost (SEK/ha) p(T) = stumpage price at age T (SEK/m3)pc = social benefits of carbon sequestration (SEK/m3) r = discount rate V(T) = growing stock of timber at age T (m3/ha)g(t) = timber growth at age t (m3/ha/year)q(t) = rate of decay of harvested timber at time t (%)d = time period during which the harvest timber completely

decays

rT

d

t

rtc

rTrTT

t

rtc

T e

etqTVpeeTVTPetgpCTLEV

1

)()()()()()( 00max

An example• Scots pine, site index T20 and T24 • Planting density: 2300 trees/ha for T20, 2600 trees/ha for T24 • Two thinning in each rotation • The lowest rotation age is 80 years for T20 and 70 years for T24. The longest

rotation age considered is 200 years. • An increase of the growing stock of timber by 1 m3 reduces CO2 in the

atmosphere by 1 ton. • The biomass will decay completely at a single time point (5 years after clear-

cutting). • CO2 price: 37.5, 370, 937.5 SEK/ton. • Discount rate: 0.1, 1, 2, 3%.

2. An example

CO2 price discount rate (%)

(SEK/ton) 0.1 1 2 3 site index T20

0 176 116 96 83 37.5 177 121 100 87 370 195 200 200 200

937.5 200 200 200 200 site index T24

0 143 102 83 72 37.5 144 102 87 75 370 157 183 200 180

937.5 191 200 200 200

The NPV of CO2 sequestration (1000 SEK/ha)

CO2 price (SEK/ton)

discount rate (%)

0.1 1 2 3

site index T20

37.5 10 (0.8)a 4.4 (4.8) 2.6 (3.6) 1.6 (3.4)

370 112.3 (14.3) 72.4 (73.5) 40.6 (65.4) 23.2 (50.0)

937.5 293.9 (18.1) 183.3 (73.5) 102.8 (65.4) 58.8 (50.0)

site index T24

37.5 11.9 (0.9) 6.0 (0) 3.8 (4.2) 2.6 (3.0)

370 131.0 (12.3) 104.1 (76.8) 65.0 (79.5) 38.2 (57.1)

937.5 418.6 (41.6) 282.3 (89.3) 164.8 (79.5) 99.3 (59.4)

Benefit-cost ratio (CO2 price is 370 SEK/ton)

Discount rate (%) 0.1 1 2 3

site index T20

Gain (SEK/ha) 6342 13745 6819 3476

Gain (%) 0.5 13.1 18.2 21.7

B/C ratio 1.82 1.81 1.74 1.82

site index T24

Gain (SEK/ha) 6813 14349 9739 5558

Gain (%) 0.4 8.8 15.5 17.7

B/C ratio 1.90 1.46 1.51 1.66

Conclusions

• It is socially optimal to increase CO2 sequestration by increasing the rotation age.

• The socially optimal rotation age could be much longer than the optimal rotation age for timber production.

• It depends to a large extent on the social discount rate and the price of CO2.

• Could be economically non-sustainable.

Sammanfattning

• Virkesproduktionen påverkar och påverkas av miljö

• Virkesproduktionen och miljövård är delvis kompatibla

• Optimalt utnyttjande av skogsresurs kräver– Välavvägd målsättning– Effektiv virkesproduktions- och miljövårdsplan

• Ekonomisktanalys hjälper oss – bättre förstå konflikter mellan VP och M– Göra bättre avvägning VP och M– finna effektiv skogsbritsplan

Further reading

• Calish, S., Roger, D., and Teegurden, D.E. (1978). How do nontimber values affect Douglas-fir Rotations? Journal of Forestry, 76:217-221.

• Hartman, R. (1976). The harvesting decision when a

standing forest has value. Economic Inquiry, 14:52-58. • Helliwell, R. (1987). Multiple-use forestry in the United

Kingdom. Ambio, 16:129-133.

• Gong, P. and Kriström, B. (1999). Regulating forest rotation to increase CO2 sequestration. Working paper 272, Department of Forest Economics, SLU.