Efficiency in German Aquaculture and Fisheries Production

by Tim David Knöpfel
Doctoral thesis
Date of Examination:2023-11-06
Date of issue:2025-08-18
Advisor:Prof. Dr. Bernhard Brümmer
Referee:Prof. Dr. Meike Wollni
Referee:Prof. Dr. Achim Spiller
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11438

 

 

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Abstract

English

This dissertation focuses on the efficiency of aquaculture and fisheries production in Germany. Previous studies found that the production conditions of aquaculture and fisheries are complex. The overfishing of many global fishing stocks does not allow for an increase in global landings. However, while aquaculture production has multiplied in many developing countries, production was stagnant in developed countries like Germany. Despite the long production tradition of Germany, these sectors have seen stagnation or decreased production quantities for decades. This dissertation, therefore, analyzed the technical and environmental efficiency of rainbow trout production in north-west Germany and the technical efficiency of brown shrimp production of German vessels. Both are Germany’s most important respective productions and have been profitable in recent decades. However, changing production conditions due to climate change, regulations on their production factors, and missing investments in production question the long-term perspective. The three essays of this thesis uncovered substantial inefficiencies in production and identified in all three analyses underlying factors that can be used to understand why the performances differ and where policies could support the sectors to improve their efficiencies. In the second chapter on the technical efficiency of rainbow trout production, regular training, experience, and higher revenue shares with rainbow trout explained higher efficiencies. In contrast, the obligation to clean the production water intensively explained lower efficiencies. We used double-bootstrap DEA as the methodological approach. In the following, we could show that higher technical efficiencies were not a good predictor for resilience against extreme climatic conditions that the farms experienced in the subsequent year. We also asked the farm manager about their future expectations and which factors they see as the most inhibiting for the development of trout production in Germany. Most farm managers expected further stagnation or decline in the sector. The two most common answers were problems due to Requirements, authorizations, and collaboration with authorities and Reduced water-inflow, climate change, and high water temperatures. Higher efficiency levels and the need to clean the discharge water could explain why some farm managers had more positive expectations for the future. The third chapter on the environmental efficiency analysis investigated the excess nutrient emissions of trout farms with a DEA by-product approach. The potential effects of these emissions on the ecosystems are regularly named as a major factor against production extension in Germany. We calculated the emission levels by using the Danish Damburgsmodel. The analysis focuses on three types of emissions: total phosphorous, inorganic nitrogen, and the chemical oxygen demand, for which recommendations on the maximum levels exist in Germany. We also document that the farm-specific emission regulations are very heterogeneous in north-west Germany. Our efficiency analysis shows that the production has substantial emission reduction potentials, which strongly differ between the three emission types. Multiple farm characteristics like the location in federal states, the training level, or if the farm manager regularly visits training or information events explain differences in the environmental efficiencies of the farms. The fourth chapter focused on the technical efficiency of brown shrimp fishing by the German fleet in the North Sea. We used a panel SFA approach to analyze a panel dataset from 2002-2021 on all landings of the German fleet. The results showed a decrease in production possibilities over time and a significantly negative effect of the overaging of the fishing vessels on their productivity. We found strong annual variations in the vessel efficiency levels that could be related to important events like Covid-19, a strike, or the collapse of the stock. We further identified several factors that explained differences in production efficiencies. Among them were factors the vessels can influence, like the focus on brown shrimp fishing, the number of months the vessel fishs in each year, or the participation in producer organizations. Furthermore, input and output prices or weather conditions also significantly affected the efficiencies, most likely over the adaption to them or as a proxy for other factors. Overall, this dissertation shows that Germany’s aquaculture and fisheries sector faces complex production conditions under which the producers operate with substantial inefficiencies. Numerous solutions can improve the performance, but these also depend on close collaboration with all stakeholders.
Keywords: Efficiency Analysis; Aquaculture; Fisheries; Rainbow Trout; Crangon Crangon; Technical efficiency; Agricultural Economics; Environmental Efficiency; Resilience; Water Regulations

German

Diese Dissertation befasst sich mit der Effizienz der Aquakultur- und Fischereiproduktion in Deutschland. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Produktionsbedingungen von Aquakultur und Fischerei komplex sind. Die Überfischung vieler globaler Fischbestände lässt keine Steigerung der globalen Anlandungen zu. Während sich die Aquakulturproduktion in vielen Entwicklungsländern vervielfacht hat, stagnierte die Produktion in Industrieländern wie Deutschland. Trotz der langen Produktionstradition in Deutschland stagniert die Produktion in diesen Sektoren seit Jahrzehnten oder geht zurück. In dieser Dissertation wurden daher die technische Effizienz und Umwelteffizienz der Regenbogenforellenproduktion in Nordwestdeutschland und die technische Effizienz der Nordseegarnelenproduktion von Schiffen unter deutscher Flagge analysiert. Beide Produktionen sind die wichtigsten in Deutschland und waren in den letzten Jahrzehnten profitabel. Veränderte Produktionsbedingungen aufgrund des Klimawandels, Regulierungen der Produktionsfaktoren und fehlende Investitionen in die Produktion stellen jedoch die langfristige Perspektive in Frage. In den drei Kapiteln dieser Arbeit wurden erhebliche Ineffizienzen in der Produktion aufgedeckt und in allen drei Analysen zugrundeliegende Faktoren ermittelt, anhand derer zu verstehen ist, warum die Leistungen unterschiedlich sind und wo politische Maßnahmen die Sektoren bei der Verbesserung ihrer Effizienz unterstützen könnten. Im zweiten Kapitel über die technische Effizienz der Regenbogenforellenproduktion erklärten regelmäßige Schulungen, Erfahrung und höhere Einkommensanteile mit Regenbogenforellen höhere Effizienzwerte. Im Gegensatz dazu erklärte die Verpflichtung, das Produktionswasser intensiv zu reinigen, niedrigere Effizienzwerte. Als methodischen Ansatz wurde ein Double-Bootstrap-DEA Ansatz verwendet. Im Folgenden konnten wir zeigen, dass eine höhere technische Effizienz kein guter Prädiktor für die Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen klimatischen Bedingungen war, die die Betriebe im Folgejahr erlebten. Wir haben die Betriebsleiter auch nach ihren Zukunftserwartungen gefragt und danach, welche Faktoren sie als die größten Hemmnisse für die Entwicklung der Forellenproduktion in Deutschland ansehen. Die meisten Betriebsleiter rechneten mit einer weiteren Stagnation oder einem Rückgang in diesem Sektor. Die beiden häufigsten Antworten waren Probleme mit Anforderungen, Genehmigungen und der Zusammenarbeit mit Behörden sowie . Höhere Wirkungsgrade und die Notwendigkeit, das Produktionswasser zu reinigen, könnten erklären, warum einige Betriebsleiter positivere Erwartungen für die Zukunft haben. Das dritte Kapitel zur Umwelteffizienzanalyse untersuchte die überschüssigen Nährstoffemissionen von Forellenbetrieben mit einem DEA-by-product Ansatz. Die potenziellen Auswirkungen dieser Emissionen auf die Ökosysteme werden regelmäßig als ein wesentlicher Faktor gegen die Ausweitung der Produktion in Deutschland genannt. Wir haben die Emissionswerte mit Hilfe des dänischen Damburgsmodells berechnet. Die Analyse konzentriert sich auf drei Arten von Emissionen: Gesamtphosphor, anorganischer Stickstoff und chemischer Sauerstoffbedarf, für die es in Deutschland Empfehlungen für Höchstemissionswerte gibt. Wir dokumentieren auch, dass die betriebsspezifischen Emissionsvorschriften im Nordwesten Deutschlands sehr heterogen sind. Unsere Effizienzanalyse zeigt, dass die Produktion erhebliche Emissionsminderungspotenziale aufweist, die sich zwischen den drei Emissionsarten stark unterscheiden. Mehrere Betriebsmerkmale wie die Lage in unterschiedlichen Bundesländern, das Ausbildungsniveau oder die Frage, ob der Betriebsleiter regelmäßig Fortbildungs- oder Informationsveranstaltungen besucht, erklären Unterschiede in der Umwelteffizienz der Betriebe. Das vierte Kapitel befasste sich mit der technischen Effizienz des Nordseegarnelenfangs der deutschen Flotte in der Nordsee. Wir haben einen Panel-SFA-Ansatz verwendet, um einen Paneldatensatz von 2002-2021 mit allen Anlandungen der deutschen Flotte zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten einen Rückgang der Produktionsmöglichkeiten im Laufe der Zeit und einen signifikant negativen Effekt der Überalterung der Schiffe auf deren Produktivität. Wir fanden starke jährliche Schwankungen in der Schiffseffizienz, die mit wichtigen Ereignissen wie Covid-19, einem Streik oder dem Zusammenbruch der Bestände zusammenhingen. Darüber hinaus ermittelten wir mehrere Faktoren, die Unterschiede in der Produktionseffizienz erklären. Dazu gehörten Faktoren, die die Schiffe beeinflussen können, wie die Konzentration auf den Fang von Nordseegarnelen, die Anzahl der Monate, in denen das Schiff pro Jahr fischt, oder die Mitgliedschaft in Erzeugerorganisationen. Darüber hinaus hatten auch die Input- und Outputpreise oder die jährlichen Wetterbedingungen einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz, höchstwahrscheinlich über die Anpassung an diese Faktoren oder als Stellvertreter für andere Faktoren. Insgesamt zeigt diese Dissertation, dass der deutsche Aquakultur- und Fischereisektor mit komplexen Produktionsbedingungen konfrontiert ist, unter denen die Erzeuger mit erheblichen Ineffizienzen arbeiten. Zahlreiche Lösungen können die Leistung verbessern, aber diese hängen auch von einer engen Zusammenarbeit mit allen Beteiligten ab.
 
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