Land ist eine begrenzte Ressource, und die steigende Nachfrage nach Lebensmitteln, Futtermitteln und Holz treibt den Wettbewerb zwischen verschiedenen Landnutzungsarten voran. Landnutzungsmodelle, die Landnutzungsmuster optimieren und negative Kompromisse zwischen verschiedenen Landnutzungen minimieren, können bei der Bewertung solcher Landkonkurrenzdynamiken helfen. Angesichts des langen Planungshorizonts der Forstwirtschaft ist die Modellierung der Dynamik des Forstsektors in einem einzigen Modell eine Herausforderung. Diese Dissertation zeigt, dass zwischen Land- und Forstwirtschaft auf feinen räumlichen Skalen (halbe Grad Gitterauflösung) ein Wettbewerb um Land besteht, und die Berücksichtigung eines dynamischen Forstsektors in einem rekursiven dynamischen Modell wie MAgPIE verbessert die Bewertung der Landnutzung und der damit verbundenen Emissionen. Die Speicherung von Kohlenstoff in seit langem bestehenden Infrastrukturen wie städtischen Gebäuden könnte eine zusätzliche Option zur Abschwächung des Klimawandels sein und gleichzeitig Hotspots der biologischen Vielfalt und Grenzwälder vor der Umwandlung in andere Landnutzungsformen schützen, zusätzlich zu den bereits gut verstandenen und quantifizierten landbasierten Abschwächungsoptionen. Auf diese Weise wird nicht nur Kohlenstoff über lange Zeiträume in den Holzstädten der Zukunft gespeichert, sondern es wird auch dazu beigetragen, Emissionen aus der Produktion von Zement und Stahl für den Bau von Infrastrukturen in der Zukunft zu vermeiden. Auf der COP26 wurde eine Erklärung zum Ende der Entwaldung bis 2030 abgegeben. Eine mögliche Politik zur Umsetzung dieser Erklärung vor Ort wäre das Verbot der Ausdehnung landwirtschaftlicher Flächen auf bewaldete Flächen. Dies würde bedeuten, dass nicht bewaldete Flächen in einem noch nie dagewesenen Ausmaß in landwirtschaftliche Flächen umgewandelt würden. / Land is a limited resource and the increasing demand for food, feed and timber drives competition between different land use types. Land-use models, which optimize land-use patterns and minimize negative trade-offs across land uses, can assist in assessing such land competition dynamics. Given the long planning horizon of forest management and competition for land with agriculture, modeling forestry sector dynamics in a single model is challenging. The Inclusion of a dynamic forest sector in the Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment (MAgPIE) helps in answering the overarching research question: What is the role of forestry in future land use? This dissertation shows that competition for land exists between agriculture and forestry on fine spatial scales (half degree grid resolution), and the consideration of a dynamic forestry sector in a recursive dynamic model like MAgPIE improves the assessment of land-use and its associated emissions. Understanding how production of roundwood influences the competition for land would help in quantifying how wood can be produced for timber cities of the future. Storing carbon in long-standing infrastructure like urban buildings could be an additional mitigation option, whilst protecting biodiversity hotspots and frontier forests from being converted to other land uses, on top of already well understood and quantified land-based mitigation options. This way, not only carbon is stored over long time spans in timber cities of the future, it also helps in avoiding emissions from production of cement and steel for construction of infrastructure in the future. Additionally, A declaration to end deforestation by 2030 was made at COP26. A potential policy implementing this declaration on the ground would be to prohibit the expansion of agricultural land into forested land. This would mean that non-forested land will be converted at unprecedented levels into agricultural land.

Die vermiedene tropische Entwaldung und zusätzliche Aufforstungen sind von zentraler Bedeutung für die Klimawandelvermeidung, üben aber zusätzlichen Druck auf die globalen Landressourcen zur Produktion von Nahrungsgütern, Futtermittel, Fasern, Bioenergie und Rundholz dar. Die Ziele der Studie beziehen sich auf die Analyse der Verzichtskosten in der Land- und Forstwirtschaft sowie das Potential zur Klimawandelvermeidung in globalen Wäldern durch normative und marktbasierte Klimaschutzprogramme. Das globale ökonomische Landnutzungsmodell ''Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment'' (MAgPIE) wurde um eine konsistente Landnutzungsdatenbank und den Forstsektor erweitert. Es simuliert die räumlich-explizite Landnutzung und deren Änderungen während die Kosten land- und forstwirtschaftlicher Produktion unter gegebener Nachfrage nach Gütern geschätzt werden. Szenarien zu Klimaschutzmaßnahmen werden verglichen mit Referenzszenarien über Zeithorizonte bis zum Jahr 2100. Die Ergebnisse verweisen auf ein begrenztes Mitigationspotential normativen tropischen Waldschutzes zu geringen zusätzlichen Kosten in der Landwirtschaft. Lateinamerika profitiert von ausreichenden Landreserven und geringem Anstieg in der Güternachfrage und geringer Referenzentwaldung. Die Verlagerung von Emissionen durch regionalen Waldschutz hat Auswirkungen auf die sektoralen Produktionskosten und verringert das globale ökonomische Potential. Die Schlussfolgerungen betreffen 1) den Bedarf an substantieller Ertragssteigerung in Sub-Sahara Afrika als Voraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung vermiedener Entwaldung, 2) die erhöhte Gefahr der Verlagerung von Emissionen aus Entwaldung durch die Umsetzung regionaler Klimaschutzprogramme und der Liberalisierung des Holzhandels, 3) das hohe ökonomische Potential integrierter Klimaschutzprogramme zu moderaten Verzichtskosten, sowie 4) die Notwendigkeit zusätzlicher Forschung bezüglich der Unsicherheiten in Parametern und Modellprozessen. / Avoiding tropical deforestation and additional afforestation are of primary importance for climate change mitigation but exert additional pressure on global land resources for the production of food, feed, fibre, bioenergy and timber. The study objectives relate to the analysis of the foregone economic benefits, the opportunity costs, in agriculture and forestry and the climate change mitigation potential of global forests in normative and market-based programmes. The global economic ‘Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment'' (MAgPIE) has been extended by a consistent land use database and the forestry sector. It simulates spatially-explicit land use and land use changes while estimating the costs of production in agriculture and forestry to satisfy a prescribed demand. Climate change mitigation scenarios are contrasted to baselines for time horizons up to the year 2100. The results show the limited mitigation potential of normative forest conservation in tropical regions at low additional costs in agriculture. Latin America benefits from sufficient land endowments and low increases in crop demand leading to relatively low baseline deforestation. The displacement of carbon emissions between regions impacts the regional agriculture and forestry production costs and reduces the global economic potential. The conclusions pertain to the 1) need for high rates of yield increase in Sub-Saharan Africa as a precondition for successfully avoided deforestation, 2) increased threat of regional carbon emission leakage from implementing mitigation programmes and liberalized trade of timber, 3) high economic potential of climate change mitigation from integrating afforestation and avoided deforestation at moderate costs, and 4) additional research needs to account for significant uncertainties from growth and cost parameters and model processes.