How to assess rangeland condition in semiarid ecosystems? The indicative value of vegetation in the High Atlas Mountains, Morocco

Baumann, Gisela (2009). How to assess rangeland condition in semiarid ecosystems? The indicative value of vegetation in the High Atlas Mountains, Morocco. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

The natural resource base of the world�s drylands is under continuous threat, particularly due to immense population growth, climate and land use change. Since the majority of these ecosystems are used as rangelands for domestic livestock, forage is (beneath drinking water) one of the most required ecosystem goods. For local land users as well as policy-makers it is crucial to quantify the actual supply of forage and try to predict potential limitations in the future. Ecological indicators as easily interpretable surrogates for complex ecological processes play an important role to assess rangeland condition. However, in highly stochastic arid and semiarid ecosystems it is still a challenge to identify reliable indicators detecting anthropogenic change against a background of natural variability. The present dissertation investigates three currently discussed rangeland indicators and their significance along a steep gradient of natural variability in southern Morocco. The research was conducted on four altitudinal levels along the southern slopes of the High Atlas Mountains. The transect represents a steep aridity gradient stretching from arid climate in the Basin of Ouarzazate to subhumid climate in the high mountain areas. First, the production (ANPP) and rain-use efficiency (RUE) of the vegetation was analyzed by means of an ecological field experiment comparing grazed, 1 year and 7 years rested vegetation. It revealed that ANPP and RUE are suitable and relatively �fast� indicators to quantify the actual supply of forage, but not to detect long-term and irreversible degradation processes. For that, the new parameters ANPPrel and RUErel are suggested, which standardize the production on the amount of initial biomass. In contrast to ANPP and RUE, they focus on the vitality of perennial forage plants which is altered on a longer time scale and allows a better comparison across ecosystems. Second, plant functional types (PFT) were tested as indicators. Particularly response groups and response traits were assembled to quantify grazing impact. In contrast to the initial goals of PFT research, those indicators were shown to be locally limited, since their predictive value was strongly influenced by resource stochasticity (aridity). It is deduced that using response groups and response traits for range assessment in arid and semiarid ecosystem is only reliable if their application is restricted to the local scale. Third, this work examines the local ecological knowledge of nomadic land-users in the research area. An interdisciplinary study among herdsmen of a local Berber fraction discovered that the �reliability� of plants and pastures functions as a local indicator which influences local range management. The �reliability�-concept integrates several spatial and temporal scales. It provides a new opportunity to quantify anthropological information and to compare it to ecological data. The present work depicts an important milestone for the application of ecological indicators in range assessment. It is essential for land users and policy-makers to choose the appropriate indicator level not only to economize costs and manpower, but also to reduce bias in indication processes. A combination of several hierarchically operating indicators is suggested for arid and semiarid ecosystems, for example measures of ANPP/RUE to quantify actual forage supply of pastures and ANPPrel/RUErel to detect areas affected by long-term degradation. Results of this work further build a data base for two different vegetation models. In the context of rapid climate and land use change we cannot afford further debates whether environmental changes have been caused by human impact or are just an impression of natural variability. My work shows the potential and limits of three ecological indicators under semiarid climate. It thus provides the framework for an appropriate application that allows an indication of human impact against a background of resource variability.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Weidebeurteilung in semiariden Ökosystemen. Der Indikatorwert der Vegetation im Hohen Atlasgebirge, Marokko	German

Translated abstract:

Abstract

Language

Die natürlichen Ressourcen in den Trockengebieten der Erde sind durch das anhaltende Bevölkerungswachstum sowie durch den Klima- und Landnutzungs-wandel bedroht. Da ein Großteil dieser Ökosysteme als Weideflächen genutzt wird, ist die Ressource �Futter� neben Trinkwasser eine der meistgefragten Ökosystem-Güter (ecosystem good). Es ist sowohl für lokale Landnutzer als auch für örtliche Entscheidungsträger unerlässlich, das aktuelle Futterangebot quantitativ bestimmen und eine potentielle Ressourcenverknappung in der Zukunft vorhersagen zu können. Dabei spielen ökologische Indikatoren als einfache Zeigerwerte für komplexe ökologische Prozesse eine wichtige Rolle. Da aride und semiaride Ökosysteme durch eine natürliche Unberechenbarkeit der Ressourcen gekennzeichnet sind, ist es jedoch immer noch eine große Herausforderung Indikatoren zu benennen, die vor diesem Hintergrund der natürlichen Ressourcenvariabilität zuverlässig anthropogene Umwelt-veränderungen anzeigen. In der hier vorgelegten Arbeit wird die Wirkungsweise dreier aktuell angewandter Weideindikatoren entlang eines steilen Umweltgradienten in Südmarokko untersucht. Die Forschungsarbeiten wurden auf vier Höhenstufen am Südhang des Hohen Atlas Gebirges durchgeführt. Dieses Transekt stellt gleichzeitig einen Ariditätsgradienten dar und erstreckt sich vom ariden Becken von Ouarzazate bis in die subhumiden Hochgebirgsregionen des zentralen Hohen Atlas. In einem ersten Schritt wurden die Biomasseproduktion (ANPP) und die Regennutzungseffizienz (RUE) der Vegetation mithilfe eines Feldexperimentes untersucht, bei dem beweidete Flächen, 1 Jahr geschonte und 7 Jahre geschonte Flächen miteinander verglichen wurden. Die Studie ergab, dass ANPP und RUE geeignete und relativ schnell reagierende Indikatoren darstellen um das aktuelle Futterangebot einer Weide zu messen, sie jedoch nicht geeignet sind, um langfristige irreversible Degradationsprozesse aufzuzeigen. Für diese Anwendung werden ANPPrel (relative Biomasseproduktion) und RUErel (relative Regennutzungseffizienz) als neue Parameter vorgeschlagen, die die Biomasse-produktion bzw. Regennutzungseffizienz auf die Menge der produzierenden Biomasse standardisieren. Im Gegensatz zu ANPP und RUE stellen diese neuen Indikatoren die Vitalität ausdauernder Weidepflanzen in den Vordergrund und machen es so möglich, Weidezustände zwischen verschiedenen Ökosystemen zu vergleichen. Im zweiten Teil wurde der Indikatorwert von Pflanzenfunktionstypen getestet (PFT), insbesondere der sogenannter �response groups� (Gruppe von Pflanzenarten, die dieselbe Reaktion auf Störung, z.B. Beweidung zeigen) bzw. �response traits� (Gruppe von Pflanzenmerkmalen, die dieselbe Reaktion auf Störung zeigen). Ursprünglich war das Ziel der PFT-Forschung arten- und damit gebietübergreifende Indikatoren zu finden. Unsere Studie zeigte aber, dass die Anwendung von �response groups� und �response traits�, um den Einfluss von Beweidung auf die Vegetation in semiariden Gebieten zu messen, nur räumlich beschränkt möglich ist, da die Güte dieser Indikatoren stark von der Aridität des jeweiligen Standortes abhing. Der letzte Teil widmet sich dem lokalen Wissen von Nomaden im Untersuchungsgebiet. Die interdisziplinäre Studie fand mithilfe des Wissens von Hirten eines örtlichen Berberstammes heraus, dass die �Verlässlichkeit� von Pflanzen bzw. Weiden einen lokalen Indikator darstellt, der das Wirtschaften der Nomaden entscheidend beeinflusst. Das �Verlässlichkeits�-Prinzip ist ein integrativer Ansatz, der auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen angewendet werden kann. Es stellt eine neue Möglichkeit dar, ethnologische Informationen in Zahlen zu fassen und sie so mit ökologischen Daten zu vergleichen. Die vorgelegte Arbeit stellt einen entscheidenden Meilenstein hin zur sachgemäßen Anwendung von ökologischen Indikatoren bei der Weide-beurteilung dar. Für Landnutzer und lokale Entscheidungsträger ist es bei der Wahl des passenden Indikatorlevels nicht nur wichtig, Kosten und Personal zu sparen sondern auch systematische Fehler bei der Indikation zu reduzieren. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Kombination aus mehreren Indikatoren vorgeschlagen, um Umweltveränderungen, die auf verschiedenen hierarchischen Ebenen ablaufen, erkennen zu können. Im Zuge des raschen Klima- und Landnutzungswandels können wir es uns nicht länger leisten, lange Debatten zu führen, ob vergangene Umweltveränderungen in semiariden Gebieten natürlichen oder anthropogenen Ursprungs waren. Diese Arbeit zeigt sowohl das Potential als auch die Beschränkungen dreier ökologischer Indikatoren zur Weidebeurteilung in semiariden Gebieten. Sie ist damit die Vorraussetzung für ihre sachgemäße Anwendung und macht es möglich, den Einfluss von Beweidung auf die Vegetation unabhängig von der natürlichen Ressourcen-variabilität zu messen.

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