| dc.contributor.advisor | Tscharntke, Teja Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Wurz, Annemarie | |
| dc.date.accessioned | 2023-01-20T16:26:26Z | |
| dc.date.available | 2023-01-27T00:50:09Z | |
| dc.date.issued | 2023-01-20 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14470 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9650 | |
| dc.format.extent | 472 Seiten | de |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.subject.ddc | 630 | de |
| dc.title | Biodiversity and ecosystem services in a tropical smallholder landscape in Madagascar | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Tscharntke, Teja Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2021-07-15 | de |
| dc.description.abstractger | Das Ziel meiner Dissertation ist es, die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen aufgrund von kleinbäuerlicher Landwirtschaft auf die Biodiversität und Ökosystemleistungen im Nordosten von Madagaskar zu untersuchen. Madagaskar ist ein globaler Biodiversitäts-Hotspot und zudem das Hauptanbaugebiet für Vanille. Ein zunehmendes Problem jedoch ist die fortschreitende Entwaldung aufgrund des Anbaus von Nutzpflanzen sowie des Wanderfeldbaus. Über die Auswirkungen des Wanderfeldbaus und des Anbaus von Vanille auf die Biodiversität und Ökosystemleistungen ist allerdings wenig bekannt. Darüber hinaus wird dringend Wissen über nachhaltige Anbaustrategien benötigt, um den Erhalt der Biodiversität und den Lebensunterhalt von ländlichen Gemeinden zu sichern. Meine Arbeit schließt diese Forschungslücke, indem sie Ökosystemleistungen und (endemische) Diversität von krautigen Pflanzen, Ameisen und Schmetterlingen in den dominanten Landnutzungstypen (Waldfragment, Vanille-Agroforst, holzige Brache, krautige Brache und Reisfeld) im Nordosten Madagaskars untersucht. Der Primärwald fungierte als Referenz. Dazu wurden alle Landnutzungstypen basierend auf ihrer Landnutzungsgeschichte (Anbau auf ehemals gebranntem Land vs. Anbau auf ungebranntem Land) unterschieden. Des Weiteren differenzierten wir die Effekte von Landnutzung auf Arten in Abhängigkeit von ihrer Herkunft (endemisch, einheimisch oder exotisch).
Insgesamt konnten wir zeigen, dass die Biodiversität unterschiedlich stark von den Landnutzungsänderungen beeinflusst wird, abhängig von Artengruppe, Landnutzungsgeschichte und Herkunft der Arten (Kapitel 2-4). Die Anzahl an endemischen krautigen Pflanzen und Ameisen nahm ab, während exotische krautigen Pflanzen und Ameisen mit zunehmender Landnutzungsintensivierung zunahmen. Darüber hinaus waren die Artenzahlen von endemischen krautigen Pflanzen und Ameisen auf ungebranntem Land höher als auf ehemals gebrannten Landnutzungstypen. Die Artenzusammensetzung verhielt sich auf ungebrannten Landnutzungstypen ähnlich. Eine Erhöhung der Baumbedeckung und die Erhaltung von Waldbedeckung in der Landschaft schützt endemische Ameisen und dämmt gleichzeitig die Ausbreitung von exotischen Ameisen und krautigen Pflanzen ein. In Bezug auf Schmetterlinge konnte gezeigt werden, dass insbesondere Landnutzungstypen mit holziger Vegetation diverse Wald- und endemische Schmetterlingsarten beherbergen, während krautige Brachen und Reisfelder reich an Offenlandarten sind. Es wurde deutlich, dass die Etablierung von Vanille-Agroforsten auf (ehemals gebranntem) Brachland die Artenzahlen von sowohl endemischen Schmetterlingen als auch endemischen Ameisen erhöht. Für alle drei untersuchten Artengruppen konnte belegt werden, dass Primärwälder unabdingbar für den Artenschutz sind, da sie eine einzigartige Artengemeinschaft von Ameisen, Schmetterlingen und krautigen Pflanzen beherbergen.
Ein weiterer Fokus der Untersuchung lag auf der Analyse von Beutetieren und ihren Räubern, die eine zentrale Rolle in der natürlichen Schädlingskontrolle im landwirtschaftlichen Anbau spielen. Mit Hilfe von Beuteattrappen wurde die Aktivität von natürlichen Gegenspielern ermittelt und das Ergebnis war, dass der Räuberdruck auf ehemals ungebrannten Landnutzungstypen höher war als auf ehemals gebrannten Landnutzungstypen (Kapitel 5). Darüber hinaus wurde deutlich, dass Primärwälder und Waldfragmente eine einzigartige Räubergemeinschaft beherbergen, in dem der Räuberdruck im Vergleich zu allen anderen Landnutzungstypen am höchsten ist. Um den Räuberdruck in Vanille-Agroforstsystemen zu erhöhen, wird entsprechend dieser Forschungsergebnisse empfohlen, Bäume und dichte Unterholzvegetation zu fördern oder zu erhalten.
Basierend auf Haushaltsbefragungen zeigte sich, dass der Wert von holzigen Brachflächen, im Vergleich zu anderen Landnutzungstypen, für die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen am höchsten war (Kapitel 6). Haushalte nutzten die meisten Pflanzenarten (einschließlich endemischer, einheimischer und exotischer Arten) von holzigen Brachen. Arten von holzigen Brachen waren nützlich für die Ernährungssicherheit, die Gesundheit, das Wohnen, die kulturellen Bedürfnisse und die Pflanzenerhaltung. Primärwälder und Waldfragmente waren jedoch unverzichtbar für regulative Ökosystemdienstleistungen, die von keinem anderen Landnutzungstyp angeboten wurden. Darüber hinaus bot jeder untersuchte Landnutzungstyp eine einzigartige Kombination an Ökosystemdienstleistungen. Daher sind diversifizierte Landnutzungsformen (einschließlich Brachland) notwendig, um unterschiedlichen Ökosystemdienstleistungen für ländliche Gemeinden im Nordosten Madagaskars zu erhalten.
Bestäubung ist eine grundlegende Ökosystemdienstleistung für den Nutzpflanzenanbau. Auch der Vanilleanbau ist auf Bestäubung angewiesen. Der Mangel an natürlichen Bestäubern bedingt die Handbestäubung von Vanille weltweit und ist, entsprechend der vorliegenden Studie, der wichtigste Grund für die Handbestäubung bei Nutzpflanzen (Kapitel 1). Im Allgemeinen haben wir festgestellt, dass die Handbestäubung mehrere Vorteile gegenüber der natürlichen Bestäubung bieten kann, wie zum Beispiel die Kontrolle über Pollenherkunft und -menge, Bestäubungszeitpunkt und -häufigkeit sowie die Unabhängigkeit von Umweltschwankungen. Die Hauptnachteile der Handbestäubung sind jedoch der hohe Arbeitsaufwand, die hohen Materialkosten sowie die erforderlichen Fähigkeiten und Schulungen. Zu den Hauptrisiken der Handbestäubung gehören ein Management, das den Schutz von natürlichen Bestäubern ignoriert, hohe Lebensmittelpreise, Überbestäubung, Arbeitsunfälle und unfaire Arbeitsbedingungen. Eine zentrale Schlussfolgerung des Projekts ist, dass für Anbausysteme, in denen Bestäuber nicht verfügbar oder nicht zuverlässig sind (zum Beispiel in der Vanilleproduktion in Madagaskar), Handbestäubung eine wertvolle Alternative mit hohem wirtschaftlichem Potenzial darstellt. Allerdings trifft das nur zu, wenn die Gewinnsteigerungen durch Handbestäubung die höheren Betriebskosten aufwiegt und sichere und gerechte Arbeit gewährleistet ist.
Durch die Verknüpfung von Biodiversitätsdaten von Bäumen, krautigen Pflanzen, Vögeln, Amphibien, Reptilien, Schmetterlingen und Ameisen mit Ertragsdaten von Vanille-Agroforsten fanden wir heraus, dass steigende Erträge nicht mit dem Verlust von Biodiversität einhergeht (Kapitel 7). Während die Vanilleerträge mit mehr und längeren Vanilletrieben zunahmen, wurde die Biodiversität von nicht ertragsbezogenen Managementvariablen wie die Baumbedeckung und die Waldbedeckung der Landschaft bestimmt. Darüber hinaus entdeckten wir ein großes Wiederherstellungspotential von degradiertem und brachliegendem Land durch Vanille-Agroforste, da die (endemische) Biodiversität auf ehemals gebrannten Vanille-Agroforsten im Vergleich zu brachliegendem Land zunahm.
Zusammenfassend zeigen wir, dass Änderungen von Biodiversität und Ökosystemleistungen durch kleinbäuerliche Landwirtschaft vom Landnutzungstyp, der Artengruppe, der Artenherkunft und der Landnutzungsgeschichte abhängig sind. Obwohl Landnutzung im allgemeinen Arten und Funktionen dezimiert, konnten wir in der Agrarlandschaft mehrere Möglichkeiten zur Erhaltung von Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen identifizieren. Meine Arbeit erweitert das Wissen über die Veränderungen von Biodiversität und Ökosystemleistungen durch den kleinbäuerlichen Anbau im Nordosten von Madagaskar. Schließlich zeigt meine Arbeit basierend auf umfangreichen Datenanalyse konkrete Managementlösungen auf, um Biodiversität und Ökosystemleistungen in der landwirtschaftlichen Kleinbauernlandschaft im Nordosten Madagaskars zu erhöhen. | de |
| dc.description.abstracteng | The overarching theme of this thesis is how biodiversity and ecosystem services respond to land-use change by smallholder farming in north-eastern Madagascar. The region is a global biodiversity hotspot and a major vanilla production area, where shifting cultivation and cash cropping are driving forest-agriculture frontiers. However, little is known about the value of shifting cultivation and vanilla agroforestry for biodiversity and ecosystem services. In addition, knowledge on sustainable land management to aid biodiversity conservation and livelihoods is urgently needed. My dissertation closes this research gap by investigating ecosystem services and the (endemic) diversity of herbaceous plants, ants, and butterflies in prevalent land-use types (forest fragment, vanilla agroforest, woody fallow, herbaceous fallow, and rice paddy), with old-growth forest as a baseline. To do so, we applied the framework of land-use history and differentiated land-use types depending on the method of land clearance into forest- and fallow-derived or burned and unburned. Furthermore, we categorized species depending on their origin into endemic, native, and exotic.
Overall, we found biodiversity to show mixed responses to land-use change depending on taxa, land-use history, and species origin (Chapter 2-4). Endemic herbaceous plants and ants decreased while exotics increased with increasing land-use intensification. In addition, endemic herbaceous plant and ant richness were higher on unburned than on burned land-use types and their composition was similar among unburned land-use types. We recommend increasing canopy closure and maintaining landscape forest cover to increase endemic ants while containing both exotic ants and herbaceous plants. For butterflies, we found that, in particular, land-use types with woody vegetation harbor diverse forest and endemic species, whereas herbaceous fallow and rice paddy are rich in open-land species. We show that the establishment of vanilla agroforests on fallow land increases endemic species of both butterflies and ants. For all three taxa (ants, butterflies, and herbaceous plants), we highlight that old-growth forest remains a key habitat for conservation, as it harbors a unique species community of ants, butterflies, and herbaceous plants.
The alteration of predation can indicate changes in biological pest control, an important ecosystem service in the context of agricultural production. Using caterpillar dummies, we found predation rates to be higher on unburned than on formerly burned land-use types (Chapter 5). In addition, old-growth forest and forest fragment harbored one unique predator community and showed the highest predation rates. To increase predation rates in vanilla agroforests, we recommend preserving or promote trees and dense understory vegetation.
Based on household interviews, we show ecosystem service provision was highest for woody fallow, as it provided the highest number of plant species, including endemic, native, and exotic species, with multiple benefits for food security, health, housing, cultural needs, and plant conservation (Chapter 6). However, old-growth forest and forest fragment were indispensable for regulating ecosystem services, which were not offered by any other land-use type. In addition, each studied land-use type offered a unique set of benefits for different purposes of use. Thus, diversified land uses (including fallow land) are needed to satisfy the different ecosystem service needs of rural communities in north-eastern Madagascar.
Vanilla cultivation relies on pollination, an important ecosystem service in crop cultivation. The lack of pollinators is necessitating hand pollination of vanilla globally and constitutes, according to the present thesis, the most important reason for hand pollination across crops (Chapter 1). In general, we found hand pollination can offer multiple advantages over natural pollination, like the control of pollen origin and quantity, pollination timing and frequency as well as the independence from environmental fluctuations. However, the main constraints of hand pollination are high labor inputs, high material costs, and the required skills and training. Major risks of hand pollination include management ignoring pollinator conservation, high food prices, over-pollination, labor accidents, and unfair labor practices. We conclude that for crop systems where pollinators are not available or are not reliable for sustaining high-quality crop production, such as for the vanilla production in Madagascar, hand pollination can be a valuable alternative with high economic potential if profit gains outweigh the higher monetary costs and safe and just labor is given.
By interlinking biodiversity data of trees, herbaceous plants, birds, amphibians, reptiles, butterflies, and ants with yield data of forest- and fallow-derived vanilla agroforests, we found that increasing yields, within the current range of vanilla agroforestry management practices, were not associated with biodiversity losses (Chapter 7). While yields increased with more and longer vanilla vines, non-yield-related management variables such as canopy closure and landscape forest cover largely determined biodiversity. Moreover, we highlight the great restoration potential via vanilla agroforestry of degraded and fallow land, as (endemic) biodiversity increased on fallow-derived vanilla agroforest compared to fallow land.
In conclusion, land-use change by smallholder agriculture results in different biodiversity and ecosystem services depending on the land-use type, taxa, species origin, and land-use history. Although land use degrades biodiversity and associated functions of forest habitats, we identified multiple conservation opportunities in the agricultural landscape. Overall, my thesis advances our knowledge on the responses of biodiversity and ecosystem services by small-scale farming. Finally, my thesis offers management solutions to increase biodiversity and ecosystem services in the agricultural smallholder landscape of north-eastern Madagascar. | de |
| dc.contributor.coReferee | Kreft, Holger Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Settele, Josef Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | biodiversity | de |
| dc.subject.eng | ecosystem services | de |
| dc.subject.eng | land use | de |
| dc.subject.eng | agroforestry | de |
| dc.subject.eng | Madagascar | de |
| dc.subject.eng | conservation | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14470-7 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Agrarwissenschaften | de |
| dc.subject.gokfull | Land- und Forstwirtschaft (PPN621302791) | de |
| dc.description.embargoed | 2023-01-27 | de |
| dc.identifier.ppn | 1831754983 | |
| dc.identifier.orcid | 0000-0001-6227-374X | de |
| dc.notes.confirmationsent | Confirmation sent 2023-01-23T06:15:01 | de |